基于位置特征的穴间杂草快速识别算法

研究了利用穴播作物的位置特征进行穴间区块杂草识别的算法.针对穴播作物按规律分布生长的特点和田间场景中植物叶片交叠等问题,以穴播玉米为研究对象提出了一种基于作物位置特征的过分割区块投影定位作物株心的方法,据此确定出穴间喷雾操作区块并进行各区块像素统计、判别,实现穴间杂草的识别.试验表明:穴间区块杂草实时识别的正确率在87.7%以上, 在MATLAB6.5环境下处理一幅640×512图像,从读入图像至给出杂草控制指令耗时在500ms以内,具有较好的实时性,且可适用于作物苗期各阶段的杂草识别.     

基于位置特征的行间杂草识别方法

研究了利用条播作物的位置特征识别行间杂草的方法。根据条播作物成行排列的位置特征,利用像素位置直方图法识别作物中心行。根据多数杂草位于作物行之间裸土中的位置特征,以每条作物行左右边界线段的起始点作为种子,运用种子填充算法填充与其相连通的作物行区域,从而识别行间杂草。试验表明：行间杂草的准确识别率平均为80%,错误识别率平均为4.2%,适用于早期作物田间杂草识别。     

基于图像处理多算法融合的杂草检测方法及试验

自动化除草是现代精确农业科学领域的研究热点。已有的自动化除草解决方案中普遍存在鲁棒性不强、过度依赖大量样本等问题，针对上述问题，本研究提出了基于图像处理多算法融合的田间杂草检测方法，设计了一套田间杂草自动识别算法。首先通过设置颜色空间的阈值从图像中分割土壤背景。然后采用面积阈值、模板匹配和饱和度阈值三种方法对作物和杂草进行分类。最后基于投票的方式，综合权衡上述三种方法，实现对作物和杂草的精准识别与定位。以大豆田间除草为对象进行了试验研究，结果表明，使用融合多图像处理算法的投票方法进行作物和杂草识别定位，杂草识别平均错误率为1.79%，识别精度达到98.21%。相较单一的面积阈值、模板匹配和饱和度阈值方法，基于投票权重识别杂草的精度平均提升5.71%。同时，针对复杂多变的农业场景，进行了存在雨滴和阴影干扰的鲁棒性测试，实现了90%以上的作物识别结果，表明本研究方法具有较好的适应性和鲁棒性。本研究算法可为智能移动机器人除草作业等智慧农业领域应用提供技术支持。     

基于卷积网络和哈希码的玉米田间杂草快速识别方法

为提高作物与杂草识别的准确性,结合深度卷积网络强大的特征提取能力和哈希码便于存储和快速检索的特点,提出了基于深度卷积网络和二进制哈希码的田间杂草快速识别方法。结合预训练好的多层卷积网络,增加二进制哈希层构建杂草识别模型,并利用所采集的杂草数据集对模型进行fine-tuning。所提出的二进制哈希层可有效地的将高维杂草特征进行压缩,以便于实际田间杂草特征的存储和后续计算。在进行杂草识别时,利用训练好的模型提取输入图像的全连接层特征码和哈希特征码,与数据库中的全连接层特征码和哈希特征码进行对比,分别计算其汉明距离与欧氏距离,找出与其最相似的K张图像,统计这K张图像的标签,将其归入频率最高的一类,以达到分类识别的目的。本文通过对比不同卷积层数和不同二进制哈希码长度对杂草识别的影响,最终确定了包含4层卷积网络和128位哈希码长度的杂草识别模型。试验结果表明所提出的研究方法在田间杂草识别上可以达到98.6%准确率,并且损失函数稳定性相较于普通模型有所提高。同时在其他杂草数据集上也有良好的表现,准确率达到95.8%,说明提出的方法具有通用性。经实地测试表明利用本文提出的模型识别杂草进行对靶喷雾可以达到92.7%的杂草施药率,能够有效减少农药浪费,适用于精准喷雾。     

机器视觉喷药机器人的研发

为解决温室内农药喷洒的浪费现象,减少土壤中的农药残留问题,开发基于机器视觉的喷药机器人。该系统通过TMS320DM642对温室内作物和杂草进行识别,将处理结果上传至ARM处理器并控制喷药机械手进行喷药。该机器人能正确辨别特定的作物和杂草,并根据作物和杂草面积大小和分布状况进行对靶变种类喷药,即:对杂草喷洒除草剂,对作物喷洒除虫剂。同时,该系统还加入了Zigbee无线通讯和视频传输模块,实现了喷药的无人化和智能化。     

基于纹理和位置特征的麦田杂草识别方法

以化学防除适期麦田杂草为研究对象，对利用条播作物的位置和纹理特征识别田间杂草的方法进行了研究。根据条播作物小麦作物行的间距相对固定等位置特征，利用植物像素直方图法确定作物行的中心线和行宽，并识别行间杂草。然后，以作物行中心为基准来选取纹理块，计算量化级数为8级的H颜色空间的共生矩阵，提取5个纹理特征参数，利用K均值聚类法判别分析各块的类别来识别行内杂草。研究结果表明，杂草的正确识别率约为93％，作物的错误识别率约为7％。     

基于DSP和单片机的实时变量喷药系统设计

为防治玉米农田杂草危害,设计了一种基于DSP识别和单片机控制的杂草实时变量喷药系统。数字信号处理器(DSP)实时数据处理能力强,单片机控制能力强。DSP作为喷药系统上位机图像处理模块的CPU,对田间玉米杂草图像实时采集、处理,分离出杂草,生成杂草位置信息表,发送给作为系统下位机控制模块CPU的单片机;单片机通过电磁阀控制6个喷头的开闭实现精准变量喷药。田间试验表明:系统在室外田间复杂情况下可以满足实时精准喷药要求,在作业机械速度为4km/h时,喷药精确度可以达到91.4%。     

基于骨架提取算法的作物茎秆识别与定位方法

针对农作物禾苗和杂草辨识和定位不精确，会造成除草机器人除草不净、伤害禾苗、影响产量等问题，提出了一种基于骨架提取算法的作物茎秆中心识别与定位的多级图像识别方法。该方法通过不同图像处理算法的多级式递进融合，实现对农作物茎秆的精确识别与中心定位。首先将采集到的彩色图像转换到HSV颜色空间进行背景分割。然后采用腐蚀算法对图像进行腐蚀操作，腐蚀掉杂草图像信息得到仅含作物的图像信息，最后用Zhang-Suen细化算法对作物图像进行骨架提取操作，并对骨架交叉点进行计算分析，识别与定位作物茎秆中心，实现作物精准辨识和定位。对采集的100幅苗期图像进行实验测试，结果表明农作物禾苗茎秆中心识别和定位精度误差小于12mm。本文方法能实时精准辨识禾苗和杂草，并对禾苗进行精准定位，为实现田间机械化除草提供了一种精准可靠的作物识别和定位方法。     

基于计算机视觉的玉米田间除草系统开发

杂草会给农业生产造成严重的损失,化学除草操作简单,效率较高,但面临在粮食和环境中残留所引起的安全问题。变量喷药能够根据杂草在田间的位置、种类和密度调节除草剂喷洒的时机和剂量,但要以对田间杂草的准确识别为前提。为此,开发了一种利用计算机视觉的玉米田间变量喷药除草系统,利用相机拍摄田间图像,导入计算机中进行分析,提取杂草信息后生成处方图传递给喷药控制系统;喷药控制系统根据处方图,结合机械的速度控制喷头的开闭时机和程度,实现变量喷药。系统对田间杂草的识别率为90%,处理单张图片的平均耗时为86ms,能满足对杂草进行实时识别的要求。在室内试验中,机械行进速度为0.3m/s时,系统具有很好的准确性和作业效率。     

基于视觉的玉米苗期作物识别与定位方法研究

基于视觉的苗期作物目标识别技术逐渐成熟,对作物进行准确识别和精准定位,是实现株间除草的技术关键和难点。本文以苗期玉米为研究对象,提出了一种苗期作物的识别与定位方法,通过作业车辆的图像采集装置来实时获取田间作物的苗期图像,基于HSV色彩空间对输入图像进行预处理,根据作物与土壤背景颜色差异,选取固定取值范围的三通道阈值,通过二值化处理去除土壤背景,再通过深度开运算来去除杂草噪声,对得到的苗期作物提取轮廓信息,经过骨架提取算法后得到作物骨架,并以此确定作物茎秆位置坐标,从而实现对作物的精准定位。作物图像中幼苗的识别率为98.3%,定位误差距离在10 mm以内的定位精准度为85.9%,基本可以满足智能除草机器人实时除草作业要求。     

基于视觉的苗期作物株间除草关键技术研究现状

基于视觉的苗期作物和杂草的图像分割技术逐渐成熟,通过视觉技术对苗期作物进行精准识别和定位,是实现株间除草的关键技术和难点。作物的精准识别首先需要利用颜色特征将图像中的作物、杂草和土壤背景进行分割;其次利用实际识别对象的位置特征,形状特征,纹理特征,光谱特征等构造新的特征向量,结合成熟的分类算法对作物和杂草进行特征分类识别。针对棉苗和大豆苗,主要提取位置特征、形状特征,多采用支持向量机为主分类算法;针对玉米,主要提取位置特征、纹理特征,多采用人工神经网络为主的分类算法;针对部分蔬菜苗,主要提取形状特征、光谱特征,多采用算法结合的优化算法,具体实现时需要根据离线样本学习的结果来平衡苗期作物的识别准确率与实时性。在目前的算法中,主要存在三方面的问题:作物特征提取效果易受到遮挡、光照等干扰;分类算法目前还不能得到非常令人满意的准确性和实时性;目前算法一般是针对某种时段的作物,不具有通用性。这些都是后续算法研究中需要进一步解决的问题。     

动态喷洒系统计算机视觉的研究与设计

传统农业中覆盖式喷洒除草剂,不但浪费除草剂和人力资源,而且污染环境,因此采用计算机视觉技术把杂草从农作物和土壤的背景中识别出来,定量与定位地喷洒化学制剂就显得极为重要.动态杂草识别与喷洒系统不但与识别算法有关,还与摄像头的安装高度、安装角度以及喷头的距离有很大的关系.为了达到精确喷洒的目的,对系统的计算机视觉部分进行了深入的研究和设计,通过大量试验进行验证,为动态杂草识别与喷洒系统的精确喷洒做好了充分的准备.     

自适应升降喷杆施药系统的研发

针对传统简易施药机易造成人员中毒、药液喷洒过多易造成环境污染等问题,以及现在温室内用施药机在自适应作物高矮、自主行走、精准施药等方面仍存在一定的局限,北京京鹏环球科技股份有限公司研发了一种自适应升降喷杆施药系统,包括喷药系统、雾化系统、喷杆自动调节系统、控制系统及无轨道自走式底盘等。该施药系统创新性在于温室内与无轨道自走式底盘配合使用,可实现路径导航的自动化、智能化;其喷杆自动调节系统创新性地采用超声波传感器用于探测施药机与农作物施药目标的距离,以便进行精准施药,拟为解决狭小温室空间内自主行走及施药问题提供参考,实现温室内施药的无人化、机械化、自动化、精准化,提高温室内植保装备的机械化水平,改善劳动环境,提高劳动效率。     

病虫害智能识别喷药装置设计——基于PC图像处理和近红外光谱分析

在自动化喷施农药过程中,为了准确识别病虫害作物、节约农药和降低农业对环境的污染,以及提高药物的去虫效率,提出了一种基于PC图像处理和近红外光谱分析的作物病虫害智能识别喷药装置。该装置分为3个模块,包括近红外病虫害识别模块、喷药自动化调节模块和车载设备,其控制模块为安装在车上的PC机,利用近红外识别装置可以判断作物是否被病虫害污染,并且识别作物污染的等级,采用喷药自动化调节模块可以实现农药的定量调节,利用车载设备实现了全自动化喷药。对装置的性能进行了测试,结果表明:采用近红外识别装置和主成分分析法可有效地识别病虫害污染的作物,识别准确率较高;喷药自动化装置可根据病虫害的等级进行变量化喷药,减少了农药使用量,得到了较高的去虫率,从而验证了装置的可行性和可靠性。     

深度学习在杂草识别领域的研究现状与展望

使用深度学习精准识别杂草实现使用农药减量、增效、安全的目标受到研究人员的广泛关注。因此综述近年来国内外使用深度学习算法对不同作物的杂草进行识别检测的研究进展,重点从数据获取、算法选择、优化部分、识别效果等方面总结研究现状,指出其在数据集建立费时费力、田间识别精度低、算法设备部署困难、实时性与准确率不能兼得等方面的问题,并提出解决方案,同时展望数据集建立简易和准确,算法模型结构轻量和鲁棒性强,便于部署移动设备的发展趋势以及未来应用的方法,为后续杂草精准化清除研究提供参考。     

变量喷药自适应神经模糊控制器设计与仿真

为了减少除草剂用量,采用变量喷施除草剂方式进行除草.根据分别建立的杂草面积、喷药机械行驶速度与喷药量关系模型,得知杂草面积和喷药机械行驶速度是影响变量喷施效果的主要因素.为了获取喷药量与车速及杂草面积关系试验数据,设计了室内变量喷药试验台,使用DSP处理器及编码器分别得到杂草面积及喷药机械前进速度信息.结合所获试验数据,设计了一种基于自适应神经模糊推理（ANFIS）的双输入、单输出控制器.对控制器设计过程中输入输出变量的选取、隶属函数的选择及控制器的训练等进行了研究,数据经过30次训练后误差为1.47×10^-5.对控制器的速度采集、串行通信、电磁阀驱动等硬件电路及模糊控制软件流程,进行了设计.在Matlab中建立了自适应神经模糊控制仿真模型,仿真结果表明：在喷头打开时间为0.2 s,喷药机械速度为0～1 m/s,杂草面积在0～100 cm^2时,控制器可自动调节喷药量在0～4 mL变化.与采用传统模糊控制方式相比,该控制器自适应性强,具有较好的应用前景.     

杂草信息实时获取技术与设备研究进展

杂草信息的实时获取技术是田间杂草精准控制研究的首要问题,杂草实时获取设备是制约精准除草作业实现的瓶颈.综述了基于光谱、图像和光谱成像技术的杂草实时获取技术与设备的国内外研究现状,以促进精准杂草管理技术在我国的应用和发展.基于光谱的杂草信息获取方法较适用于实时防除作物出苗前的杂草,国外已有WeedSeeker、Weed-IT等杂草传感器.基于图像的杂草信息获取方法较适用于识别行间杂草,国外已有Autopilot、Cam Pilot、Robocrop等视觉导航产品和Robocrop InRow机械除草机防除行内杂草.基于光谱成像的杂草信息获取方法较适用于识别行内杂草,中、澳正联合研发微光子植物判别和杂草控制传感器.需要继续深入研究在复杂的开放式非结构的农田环境中,快速、准确地实时获取农田杂草信息技术.     

变量喷药自适应神经模糊控制器设计与仿真

为了减少除草剂用量,采用变量喷施除草剂方式进行除草.根据分别建立的杂草面积、喷药机械行驶速度与喷药量关系模型,得知杂草面积和喷药机械行驶速度是影响变量喷施效果的主要因素.为了获取喷药量与车速及杂草面积关系试验数据,设计了室内变量喷药试验台,使用DSP处理器及编码器分别得到杂草面积及喷药机械前进速度信息.结合所获试验数据,设计了一种基于自适应神经模糊推理（ANFIS）的双输入、单输出控制器.对控制器设计过程中输入输出变量的选取、隶属函数的选择及控制器的训练等进行了研究,数据经过30次训练后误差为1.47×10^-5.对控制器的速度采集、串行通信、电磁阀驱动等硬件电路及模糊控制软件流程,进行了设计.在Matlab中建立了自适应神经模糊控制仿真模型,仿真结果表明：在喷头打开时间为0.2 s,喷药机械速度为0～1 m/s,杂草面积在0～100 cm^2时,控制器可自动调节喷药量在0～4 mL变化.与采用传统模糊控制方式相比,该控制器自适应性强,具有较好的应用前景.