【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及农业系统和方法。更具体地，在某些实施例中，本专利技术涉及用于实时测量和控制植物表面上的液体覆盖率的系统和方法。
技术介绍
1、杀虫剂污染与急性疾病(如癌症、神经病状和出生缺陷)有关。此外，过量的杀虫剂不利地影响土壤化学性质并且引起非目标生物体的死亡，从而损害负责补充植物营养素的土壤微生物组。此外，杀虫剂对农民来说是主要的经济负担，例如，占农作物(如棉花)的总生产成本的约30％。因此，重要的是提高杀虫剂施用效率以减少杀虫剂的用量，同时实现有效的害虫控制。
2、通常使用压力控制的喷洒系统将农用化学品(如杀虫剂、叶面肥料和营养调配物)以液体溶液方式施用于植物。将叶面溶液(叶面肥料)和杀虫剂溶液直接施用于植物表面(例如，植物的叶子表面、根表面、果实表面、蔬菜表面或花表面)，而不是放入土壤中。在此类农用化学品喷洒系统中，加压杀虫剂溶液和/或叶面溶液以特定流速被迫通过喷嘴，以实现用显著数量的液滴覆盖叶子或其它植物表面的喷洒模式。为了使杀虫剂喷洒剂有效地控制害虫并且使叶面溶液有效地用作肥料，在目标植物表面上实现高度液体覆盖率(例如，液滴、膜和/或液体池)和液体保留是至关重要的。
3、为了使农用化学品喷洒剂的效率最大化并且实现足够的液体覆盖率，存在操作者可以控制和优化的若干参数。这些参数包括喷洒器移动穿过田地的速度、喷洒系统的操作压力、喷嘴设计(其影响喷洒模式和液滴大小分布两者)、喷嘴相对于目标植物表面和其它喷嘴两者的定位以及所施用产品的化学性质。这些参数中的每个参数可能对喷洒特性具有显著影响，这进而
4、虽然喷洒施用器的任务是仔细优化这些相互依赖的参数以实现最佳的害虫控制，但是缺乏可以直接实时估计给定喷洒施用的有效性的技术。例如，农民缺乏可以定量植物表面上的液体覆盖率的有效工具。在没有此类工具的情况下，农民被迫进行季期或年期实验，以确定某一组参数是否可以导致有效的害虫控制和期望产量。不能直接监测农作物上的液体覆盖率还降低了在变化的环境和农作物条件下喷洒施用的效率。例如，当风速可忽略不计时产生最佳液体覆盖率的某一组参数在场上风速增加到低至2-3mph时可能效率低得多。
5、除了使杀虫剂和叶面肥料喷洒更有效之外，能够直接监测植物上的液体覆盖率一般来说可以对杀虫剂和叶面肥料的使用具有更广泛的影响。例如，目前，建议农场按照杀虫剂标签指定的每英亩特定速率施用杀虫剂。这些速率是通过在标准条件下在小面积地块中田地测试杀虫剂来确定的。然而，每英亩所推荐的施用速率并不考虑植物施用效率的可变性或环境和农作物条件的变化对不同田地的影响。能够监测叶子和其它植物表面上的覆盖率可以允许农场远离每英亩施用速率并且朝向更相关的度量(如对于目标植物表面的给定面积(例如，叶子面积)的施用速率)转变。
6、需要改进农用化学品施用效率并且允许更智能的施用器系统控制以考虑在各种各样的设置中不断变化的条件的喷洒技术。
技术实现思路
1、本文中呈现了用于自动确定植物表面上的液体覆盖率(例如，液滴、膜和/或液体池)的系统和方法。更具体地，在某些实施例中，本文中呈现了一种用于接收描绘一或多个植物表面的图像、自动识别所述图像中的所述植物表面并区分被液体覆盖的部分以及自动确定液体覆盖率值的系统。在一些实施例中，所述系统使用两个相机来协作地进行图像中的背景移除和液体覆盖率的确定。
2、一方面，本专利技术涉及一种用于自动定量植物表面上的液体覆盖率的系统，所述系统包含：计算装置的处理器；以及存储器，所述存储器具有存储在其上的指令，其中所述指令在由所述处理器执行时使所述处理器：接收包含对应于一或多个植物表面的所关注区域的图像；自动识别所述所关注区域的对应于液体的一或多个部分；并且自动确定所述图像中的所述所关注区域的液体覆盖率值，其中所述液体覆盖率值定量在所述所关注区域中描绘的被液体覆盖的所述植物表面的面积。
3、在某些实施例中，所述植物表面上的所述液体包含喷洒溶液，所述喷洒溶液包含一或多个选自由以下组成的群组的成员：水、佐剂、添加剂、农作物相容性染料、农用化学品溶液、杀虫剂的液体溶液、肥料的液体溶液和叶面肥料。
4、在某些实施例中，所述系统进一步包含一或多个成像装置和/或传感器，所述一或多个成像装置和/或传感器用于获得所述图像，其中所述一或多个成像装置和/或传感器包含至少一个由以下组成的群组的成员：相机、数码相机、相机手机、热成像装置、夜视相机、光探测和测距(lidar)装置、电子图像传感器、电荷耦合装置(ccd)、有源像素传感器(cmos传感器)、智慧图像传感器、智能图像传感器和短波红外(swir)相机。
5、在某些实施例中，所述植物表面上的所述液体包含喷洒液体，其中所述一或多个成像装置和/或传感器包含短波红外(swir)相机，并且其中实现了足够的可检测对比度以用于准确的液体覆盖率值确定，而无需将任何染料添加到所述喷洒液体中。
6、在某些实施例中，所述系统进一步包含第一相机和第二相机，所述第一相机用于接收对应于包含所述一或多个植物表面的视场的第一图像，所述第二相机用于接收对应于所述第一图像的所述视场的第二图像，其中所述指令在由所述处理器执行时使所述处理器：从所述第一图像自动识别背景掩码，所述背景掩码对应于所述第一图像的非植物表面部分；将所述背景掩码应用于所述第二图像，由此从所述第二图像中消除非植物表面部分；并且自动识别在消除背景的第二图像中描绘的所述植物表面的所述液体覆盖率值。
7、在某些实施例中，所述第一相机是红-绿-蓝(rgb)相机，并且所述第二相机是短波红外(swir)相机。
8、在某些实施例中，所述系统包含反射红外(ir)光并允许可见光穿过的光学元件(例如，热镜)，所述光学元件被定位成允许所述第一相机和所述第二相机的视场对准。
9、在某些实施例中，所述指令在由所述处理器执行时使所述处理器在获得图像序列时实时地自动确定所述图像序列中的区域的一系列液体覆盖率值。
10、在某些实施例中，所述系统进一步包含显示器，所述显示器包含显示屏和图形用户界面(gui)(例如，所述gui是通过移动装置应用程序(例如，智能手机应用程序)呈现的)，其中所述指令使所述处理器通过所述显示器以图形方式呈现所述液体覆盖率值以供人查看。
11、在某些实施例中，所述系统进一步包含远程通信模块(例如，所述远程通信模块包含一或多个选自由以下组成的群组的成员：无线互联网连接、通用串行总线(usb)连接和蓝牙连接)，其中所述指令使所述处理器使用所述远程通信模块将所述液体覆盖率值传送到远程计算装置(例如，运行农场管理软件(例如，过程控制软件)的装置)。
12、在某些实施例中，所述指令在由所述处理器执行时使所述处理器使用所确定的液体覆盖率值来自动确定一或多个喷洒器系统参数的调整(例如，所推荐的调整)以实现期望的液体覆盖率水平，其中所述一或多个喷洒器系统参数包含至少一个选自由以下组成的群组的成员：本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于自动定量植物表面上的液体覆盖率的系统，所述系统包含：
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述植物表面上的所述液体包含喷洒溶液，所述喷洒溶液包含一或多个选自由以下组成的群组的成员：水、佐剂、添加剂、农作物相容性染料、农用化学品溶液、杀虫剂的液体溶液、肥料的液体溶液和叶面肥料。
3.根据权利要求1所述的系统，其进一步包含一或多个成像装置和/或传感器，所述一或多个成像装置和/或传感器用于获得所述图像，其中所述一或多个成像装置和/或传感器包含至少一个由以下组成的群组的成员：相机、数码相机、相机手机、热成像装置、夜视相机、光探测和测距(LiDAR)装置、电子图像传感器、电荷耦合装置(CCD)、有源像素传感器(CMOS传感器)、智慧图像传感器、智能图像传感器和短波红外(SWIR)相机。
4.根据权利要求3所述的系统，其中所述植物表面上的所述液体包含喷洒液体，其中所述一或多个成像装置和/或传感器包含短波红外(SWIR)相机，并且其中实现了足够的可检测对比度以用于准确的液体覆盖率值确定，而无需将任何染料添加到所述喷洒液体中。
5.根据权
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述第一相机是红-绿-蓝(RGB)相机，并且所述第二相机是短波红外(SWIR)相机。
7.根据权利要求6所述的系统，其包含反射红外(IR)光并允许可见光穿过的光学元件，所述光学元件被定位成允许所述第一相机和所述第二相机的视场对准。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述指令在由所述处理器执行时使所述处理器在获得图像序列时实时地自动确定所述图像序列中的区域的一系列液体覆盖率值。
9.根据权利要求1所述的系统，所述系统进一步包含：
10.根据权利要求1所述的系统，所述系统进一步包含：
11.根据权利要求1所述的系统，其中所述指令在由所述处理器执行时使所述处理器使用所确定的液体覆盖率值来自动确定一或多个喷洒器系统参数的调整以实现所需的液体覆盖率水平，其中所述一或多个喷洒器系统参数包含至少一个选自由以下组成的群组的成员：喷洒器速度、喷嘴类型、喷嘴定位和/或取向、所使用的喷嘴数量、喷洒压力、佐剂和/或添加剂速率、总体流速、喷杆取向和/或高度、喷洒溶液组成和喷洒溶液的一或多种组分的化学性质。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述系统包含一或多个环境传感器，所述一或多个环境传感器用于在获得所述图像的位置和时间捕获对应于一或多个环境条件的环境数据，并且
13.根据权利要求11所述的系统，其中所述指令在由所述处理器执行时使所述处理器自动确定图像序列中的所关注区域的一系列液体覆盖率值并且使用自动确定的值来自动确定所述一或多个喷洒器系统参数的所述调整以实现所述所需的液体覆盖率水平，其中所述指令使所述处理器通过用于控制所述一或多个喷洒器系统参数的控制系统实时地自动实施所确定的调整，由此实时地操作所述喷洒器系统以通过考虑一或多个变化条件来改进液体覆盖率。
14.根据权利要求1所述的系统，其中所述指令在由所述处理器执行时使所述处理器使用(i)在喷洒液体之前的对应于包含所述一或多个植物表面的所述视场的一或多个喷洒前图像和(ii)在喷洒所述液体之后的对应于包含所述一或多个植物表面的所述视场的一或多个喷洒后图像来自动识别所述植物表面的所述液体覆盖率值。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述指令在由所述处理器执行时使所述处理器使用针对所述一或多个喷洒前图像和所述一或多个喷洒后图像计算的直方图来自动识别所述植物表面的所述液体覆盖率值。
16.根据权利要求1所述的系统，其进一步包含光源。
17.根据权利要求1所述的系统，其进一步包含一或多个选自由以下组成的群组的构件：壳体、用于相机调整的机构、冷却机构和振动控制机构。
18.根据权利要求1所述的系统，其中所述指令在由所述处理器执行时使所述处理器通过应用选自由以下组成的群组的图像分析技术来自动识别所述所关注区域的对应于液体的一或多个部分：颜色阈值化、边缘检测、滤波、深度学习、神经网络、卷积、深度...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于自动定量植物表面上的液体覆盖率的系统，所述系统包含：
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述植物表面上的所述液体包含喷洒溶液，所述喷洒溶液包含一或多个选自由以下组成的群组的成员：水、佐剂、添加剂、农作物相容性染料、农用化学品溶液、杀虫剂的液体溶液、肥料的液体溶液和叶面肥料。
3.根据权利要求1所述的系统，其进一步包含一或多个成像装置和/或传感器，所述一或多个成像装置和/或传感器用于获得所述图像，其中所述一或多个成像装置和/或传感器包含至少一个由以下组成的群组的成员：相机、数码相机、相机手机、热成像装置、夜视相机、光探测和测距(lidar)装置、电子图像传感器、电荷耦合装置(ccd)、有源像素传感器(cmos传感器)、智慧图像传感器、智能图像传感器和短波红外(swir)相机。
4.根据权利要求3所述的系统，其中所述植物表面上的所述液体包含喷洒液体，其中所述一或多个成像装置和/或传感器包含短波红外(swir)相机，并且其中实现了足够的可检测对比度以用于准确的液体覆盖率值确定，而无需将任何染料添加到所述喷洒液体中。
5.根据权利要求1所述的系统，其进一步包含第一相机和第二相机，所述第一相机用于接收对应于包含所述一或多个植物表面的视场的第一图像，所述第二相机用于接收对应于所述第一图像的所述视场的第二图像，其中所述指令在由所述处理器执行时使所述处理器：从所述第一图像自动识别背景掩码，所述背景掩码对应于所述第一图像的非植物表面部分；将所述背景掩码应用于所述第二图像，由此从所述第二图像中消除非植物表面部分；并且自动识别在消除背景的第二图像中描绘的所述植物表面的所述液体覆盖率值。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述第一相机是红-绿-蓝(rgb)相机，并且所述第二相机是短波红外(swir)相机。
7.根据权利要求6所述的系统，其包含反射红外(ir)光并允许可见光穿过的光学元件，所述光学元件被定位成允许所述第一相机和所述第二相机的视场对准。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述指令在由所述处理器执行时使所述处理器在获得图像序列时实时地自动确定所述图像序列中的区域的一系列液体覆盖率值。
9.根据权利要求1所述的系统，所述系统进一步包含：
10.根据权利要求1所述的系统，所述系统进一步包含：
11.根据权利要求1所述的系统，其中所述指令在由所述处理器执行时使所述处理器使用所确定的液体覆盖率值来自动确定一或多个喷洒器系统参数的调整以实现所需的液体覆盖率水平，其中所述一或多个喷洒器系统参数包含至少一个选自由以下组成的群组的成员：喷洒器速度、喷嘴类型、喷嘴定位和/或取向、所使用的喷嘴数量、喷洒压力、佐剂和/或添加剂速率、总体流速、喷杆取向和/或高度、喷洒溶液组成和喷洒溶液的一或多种组分的化学性质。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述系统包含一或多个环境传感器，所述一或多个环境传感器用于在获得所述图像的位置和时间捕获对应于一或多个环境条件的环境数据，并且
13.根据权利要求11所述的系统，其中所述指令在由所述处理器执行时使所述处理器自动确定图像序列中的所关注区域的一系列液体覆盖率值并且使用自动确定的值来自动确定所述一或多个喷洒器系统参数的所述调整以实现所述所需的液体覆盖率水平，其中所述指令使所述处理器通过用于控制所述一或多个喷洒器系统参数的控制系统实时地自动实施所确定的调整，由此实时地操作所述喷洒器系统以通过考虑一或多个变化条件来改进液体覆盖率。
14.根据权利要求1所述的系统，其中所述指令在由所述处理器执行时使所述处理器使用(i)在喷洒液体之前的对应于包含所述一或多个植物表面的所述视场的一或多个喷洒前图像和(ii)在喷洒所述液体之后的对应于包含所述一或多个植物表面的所述视场的一或多个喷洒后图像来自动识别所述植物表面的所述液体覆盖率值。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述指令在由所述处理器执行时使所述处理器使用针对所述一或多个喷洒前图像和所述一或多个喷洒后图像计算的直方图来自动识别所述植物表面的所述液体覆盖率值。
16.根据权利要求1所述的系统，其进一步包含光源。
17.根据权利要求1所述的系统，其进一步包含一或多个选自由以下组成的群组的构件：壳体、用于相机调整的机构、冷却机构和振动控制机构。
18.根据权利要求1所述的系统，其中所述指令在由所述处理器执行时使所述处理器通过应用选自由以下组成的群组的图像分析技术来自动识别所述所关注区域的对应于液体的一或多个部分：颜色阈值化、边缘检测、滤波、深度学习、神经网络、卷积、深度估计、主动学习和转移学习。
19.根据权利要求1所述的系统，其中所述液体覆盖率值是选自由以下组成的群组的量：所述所关注区域中的被液体覆盖的所述植物表面的绝对表面积、所述所关注区域中的被液体覆盖的所述植物表面的相对表面积、所述所关注区域中的液滴数量、所述所关注区域中的总液体体积、所述所关注区域的每单位面积的液滴数量和...
【专利技术属性】
技术研发人员：V·贾亚普拉卡什，K·K·瓦拉纳西，
申请(专利权)人：阿格森有限公司，
类型：发明
国别省市：
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