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机器视觉农作物对喷药控制分析
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时间:2014-08-01 15:09:28

        喷药控制长期以来, 人们在农作物病虫害防治过程中都是采取人工喷洒, 一方面对人身伤害很大, 另一方面不能精确对准农作物, 不仅浪费了农药, 而且喷在土壤中的农药易造成环境污染。机器视觉技术以其代替人眼进行测量和判断的特点, 在现代农业精准技术应用中表现出了强大的活力。因此将机器视觉引入农药施药控制, 研制一种基于机器视觉的高效可行的喷药装置, 让机器代替人在田间作业的同时能比较精准地对准农作物喷药, 以降低人的劳动强度, 对提高药效和保护农田环境具有十分重大的意义。

        本文设计了一套基于机器视觉的作物对行喷药控制系统。首先由CCD工业相机拍摄成行作物图像, 提取其色调值图像并用最大类间方差法二值化后, 经数学形态学腐蚀后用Hough变换方法拟合作物行中心线, 最后步进电机移动其喷头标识来对准此作物行。实验验证了该方法的正确性。

        基于机器视觉的自动施药技术难点主要有以下3个方面。

        一是施药目标的自动识别。如何让机器代替人在复杂的农田环境中自动识别农作物, 这是自动施药必须首先解决的问题。作物的识别很大程度上也取决于环境中光照强度, 不同的光照强度会给作物与周围环境带来不同的色差影响, 甚至导致无法正确识别作物。因此需要开发出一种在不同光照强度下自动识别作物的算法。

        二是控制施药的方式。目前主要有两种方式: 固定喷头和移动喷头。固定喷头方式的施药机理是喷头下方有作物时喷药, 没有作物时则不喷药。移动喷头施药则是发现作物时主动移动喷头去施药。

        三是喷药量的控制。即控制喷幅或喷压, 也即控制喷头的流量, 这一问题的解决办法可采用脉宽调制技术。

        国外在这方面做了一些研究。如,美国的依利诺大学农业工程系田磊等开发的“基于机器视觉的西红柿田间自动杂草控制系统”和“基于差分GPS的施药系统”; 美国加利福尼亚大学戴维斯分校研制的基于视觉传感器对成行作物实施精量喷雾系统等。 而国内相关的研究还停留在前期和摸索阶段。

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