一种自动识别田间杂草的方法技术

本发明专利技术公开了一种自动识别田间杂草的方法，包括：利用装备在农机上的摄像机实时获取田间待分析植物的图像，并将所述待分析植物的图像传输到装备在所述农机上的计算机；所述计算机中存储有应用统计方法从大量农作物和杂草的图像中得到的图像对比标准，所述计算机利用图像识别方法将所述待分析植物的图像与所述图像对比标准进行比较，并根据比较结果判定所述待分析植物为农作物或杂草；所述计算机根据判定结果控制安装在所述农机上的喷药机对杂草进行针对性的喷药。本发明专利技术能正确地辨识作物与杂草，并根据杂草的分布状况，实时准确地开启相应的喷头，将除草剂洒向杂草，能节省农药和减少环境污染。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于农业机械装备自动化控制
，涉及一种农作物除草的智能化作业机具，尤其涉及一种田间杂草图像自动识别与喷药系统装置。
技术介绍
常用机械化除草喷药装置在田间作业时一般不能进行有针对性的喷药，而且其喷药量并不是动态调节的。若某一区域确定要除草，便采用通用的机动喷药装置，装载大量的除草药剂，对整块田进行全面地喷洒，一是消耗大量的除草剂，使得资源的利用不够合理，再者是大量的药物残留在作物及耕地上，不利于环境保护。除草剂是人类在与杂草危害斗争中专利技术创造出来的一种强有力的法宝。上世纪后期发现无机化合物硫酸铜可杀死麦田某些阔叶杂草。本世纪40年代专利技术了2，4-D，使人类进入了有机化学除草剂时代。几十年来有机除草剂迅速发展，被广泛应用于几乎所有的农作物田中，除草剂的产销量国内外都已超过杀虫杀菌剂而跃居农药产销量之首。据测算1999年我国化学除草面积已近6700万公顷(10亿亩)。事物都是一分为二的，除草剂和其他农药及化学品类似都含有不同程度的毒性，环境会造成一定危害，这些影响最终将不同程度的危害人类本身生存的环境。有些国家已采取压缩除草剂等农药的面积，限制某些除草剂等农药的施用，逐步全面禁止除草剂等农药的应用。中国的农药施用量偏高，已经引起地下水的污染。除草剂通过过量的漫灌或雨水渗入地下，污染地下水。环境专家指出，污染不是一二十年或数十年能复原的，地下水在自然界的循环过程，常常是上百年。智能化的喷药机械的研究将大大有利于该问题的解决。随着计算机技术的迅速发展，图像自动识别水平不断得以提高，通过计算机视觉系统结合图像处理技术，并将其应用到田间杂草自动识别过程中，可以解决田间杂草自动识别问题，结合自动控制技术和变量喷药机械的实施，设计智能化喷药机械已成为可能。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种自动识别田间杂草的方法与喷药装置，解决现有农药喷洒装置不能对田间杂草进行自动识别，浪费大量农药并且产生污染的技术问题。为达到上述目的，本专利技术提供了一种自动识别田间杂草的方法，其特点在于，包括如下步骤步骤一，利用装备在农机上的摄像机实时获取田间待分析植物的图像，并将所述待分析植物的图像传输到装备在所述农机上的计算机；步骤二，所述计算机中存储有应用统计方法从大量农作物和杂草的图像中得到的图像对比标准，所述计算机利用图像识别方法将所述待分析植物的图像与所述图像对比标准进行比较，并根据比较结果判定所述待分析植物为农作物或杂草；步骤三，所述计算机根据判定结果控制安装在所述农机上的喷药机对杂草进行针对性的喷药。上述的自动识别田间杂草的方法，其特点在于，所述图像识别方法为分割植物与背景的距离聚类法；所述图像对比标准为农作物颜色中值点和杂草颜色中值点，在所述比较结果中，如果所述待分析植物的图像与所述农作物颜色中值点的色差小于一第一预定值，则判定所述待分析植物为农作物；如果所述待分析植物的图像与所述杂草颜色中值点的色差小于一第二预定值，则判定所述待分析植物为杂草。上述的自动识别田间杂草的方法，其特点在于，所述图像识别方法还包括采用色度和饱和度空间的“物草分割模型”方法；所述图像对比标准为“物草分割线”，上述的自动识别田间杂草的方法，其特点在于，所述“物草分割线”的获得方式包括从所述大量农作物和杂草的像素点的色度H和饱和度S值分别画于H-S图中，将农作物和杂草的点分别进行多元线性回归，求得农作物的色度与饱和度关系模型，以及杂草的色度与饱和度关系模型，再通过加权运算方法求得所述“物草分割模型”。上述的自动识别田间杂草的方法，其特点在于，所述多元线性回归的i次方回归模型公式包括植物回归模型Fw(x)＝ai*xi+a(i-1)*x1-1+…+a1*x+a0；杂草回归模型Fc(x)＝bi*xi+b(i-1)*x1-1+…+b1*x+b0；物草分割模型Fwc(x)＝p(x)*Fw(x)+q(x)*Fc(x)；公式中的p(x)和q(x)为加权因子，并且p(x)+q(x)＝1。上述的自动识别田间杂草的方法，其特点在于，所述步骤三包括所述喷药机的多个喷头排列成与所述摄像机获取的图像宽度相匹配的宽度，每个喷头联接一个控制开启的电磁阀，所述计算机通过控制所述电磁阀来针对图像中对应的杂草进行喷药；多个所述电磁阀联接一个流量控制阀，所述计算机通过控制所述流量控制阀来实现变量喷药。为了更好的实现本专利技术的目的，本专利技术还提供了一种自动识别田间杂草的喷药装置，其特点在于，包括农机，安装在所述农机上的摄像机，安装在所述农机尾部的喷药机，安装在所述农机上并连接所述摄像机和喷药机的计算机；所述摄像机实时获取田间待分析植物的图像，并将所述待分析植物的图像传输到所述计算机；所述计算机中存储有应用统计方法从大量农作物和杂草的图像中得到的图像对比标准，所述计算机利用图像识别方法将所述待分析植物的图像与所述图像对比标准进行比较，并根据比较结果判定所述待分析植物为农作物或杂草；所述计算机根据判定结果控制所述喷药机对杂草进行针对性的喷药。上述的喷药装置，其特点在于，所述农机设置有图像采集机架，所述摄像机为多个且横向分布在所述图像采集机架上，所述摄像机，两端开口的箱体套在所述多个摄像机周围，所述箱体朝向地面的开口设置有橡胶防护罩，所述橡胶防护罩中设置有灯光照明。上述的喷药装置，其特点在于，所述喷药机具有多个喷头，所述多个喷头排列成与所述摄像机获取的图像宽度相匹配的宽度，每个喷头联接一个由所述计算机控制开启的电磁阀；多个所述电磁阀联接一个由所述计算机控制开启的流量控制阀。上述的喷药装置，其特点在于，所述农机为拖拉机牵引的农机，所述拖拉机顶部设置有全球定位系统天线，所述天线连接所述计算机。本专利技术的技术效果在于 本专利技术针对机械化除草作业，提出了一种基于计算机图像自动识别方法及机电控制方法以及设计智能化精准喷药除草装置，保证除草喷药机在田间作业过程中能正确地辨识作物与杂草，并根据杂草的分布状况，实时准确地开启相应的喷头，将除草剂洒向杂草，以实现节省农药和减少环境污染的目的。下面结合附图进一步详细说明本专利技术的具体实施例。附图说明图1是本专利技术杂草自动识别方法的原理框图；图2是本专利技术的智能化喷药系统原理框图；图3a是本专利技术的田间杂草图像识别与喷药系统侧视图；图3b是本专利技术的田间杂草图像识别与喷药系统俯视图。其中，附图标记说明如下1——电磁阀2——流量控制阀3——压力表4——调压阀5——过滤器6——液泵 7——药箱 8——连接机架9——机载计算机10——图像采集机架11——摄像机 12——封闭箱体 13——差分GPS天线14——GPS 15——拖拉机 16——牵引架17——灯光照明 18——橡胶防护罩 19——绿色植物20——喷药机架 21——管路 22——喷头具体实施方式本专利技术是针对机械化除草作业，提出一种基于计算机图像自动识别方法及机电控制方法以及设计智能化精准喷药除草装置，保证除草喷药机在田间作业过程中能正确地辨识作物与杂草，并根据杂草的分布状况，实时准确地开启相应的喷头，将除草剂洒向杂草，以节省农药和减少环境污染。图1是本专利技术杂草自动识别方法的原理框图；本专利技术提出的自动识别田间杂草的方法，包括如下步骤步骤101装备在拖拉机所牵引的智能化喷药机前部的摄像本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自动识别田间杂草的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，利用装备在农机上的摄像机实时获取田间待分析植物的图像，并将所述待分析植物的图像传输到装备在所述农机上的计算机；步骤二，所述计算机中存储有应用统计方法从大量农作物和 杂草的图像中得到的图像对比标准，所述计算机利用图像识别方法将所述待分析植物的图像与所述图像对比标准进行比较，并根据比较结果判定所述待分析植物为农作物或杂草；步骤三，所述计算机根据判定结果控制安装在所述农机上的喷药机对杂草进行针对性的 喷药。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张小超，胡小安，毛文华，
申请(专利权)人：中国农业机械化科学研究院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]