大田甘蓝作物行识别与对行喷雾控制系统设计与试验

对行喷雾技术可提高农药的利用率,有利于保护环境和减少农药残留。本文搭建基于机器视觉的大田甘蓝对行喷雾控制系统。通过改进的ExG算法提取颜色信息,采用最大类间方差法和形态学的开闭运算分割作物与背景。提出甘蓝作物行定位与多作物行自适应ROI提取方法,在条带分割的ROI内基于限定阈值垂直投影对特征点集进行采集,通过最小二乘法对特征点集进行线性拟合得到作物行中心线。利用中心线几何关系得到作物行偏移信息,根据对行机构的运动特性建立对行偏移补偿模型,并设计基于PID轨迹追踪算法的对行喷雾控制系统。试验结果表明,实验室作物行识别准确率为95.75%,算法平均耗时为77ms。在田间试验中,识别算法在时间段09:00—11:00、14:00—16:00内测试效果最佳,识别偏差均值保持在2.32cm以下。针对不同范围的杂草测试中,算法平均识别成功率为95.56%,说明算法具有较强的鲁棒性。在与其他识别算法对比测试中,本文算法平均耗时最短,识别成功率最高,能够为实时作业提供视觉引导。在对行喷雾控制系统田间试验中,对行准确率达到93.33%,对行控制算法可将对行偏差控制在1.54cm,满足田间实际应用要求。     

大田甘蓝作物行识别与对行喷雾控制系统设计与试验

对行喷雾技术可提高农药的利用率,有利于保护环境和减少农药残留。本文搭建基于机器视觉的大田甘蓝对行喷雾控制系统。通过改进的ExG算法提取颜色信息,采用最大类间方差法和形态学的开闭运算分割作物与背景。提出甘蓝作物行定位与多作物行自适应ROI提取方法,在条带分割的ROI内基于限定阈值垂直投影对特征点集进行采集,通过最小二乘法对特征点集进行线性拟合得到作物行中心线。利用中心线几何关系得到作物行偏移信息,根据对行机构的运动特性建立对行偏移补偿模型,并设计基于PID轨迹追踪算法的对行喷雾控制系统。试验结果表明,实验室作物行识别准确率为95.75%,算法平均耗时为77 ms。在田间试验中,识别算法在时间段09:00—11:00、14:00—16:00内测试效果最佳,识别偏差均值保持在2.32 cm以下。针对不同范围的杂草测试中,算法平均识别成功率为95.56%,说明算法具有较强的鲁棒性。在与其他识别算法对比测试中,本文算法平均耗时最短,识别成功率最高,能够为实时作业提供视觉引导。在对行喷雾控制系统田间试验中,对行准确率达到93.33%,对行控制算法可将对行偏差控制在1.54 cm,满足田间实际应用要...     

基于机器视觉和随机方法的作物行提取算法

根据农田作物图像特点,采用基于垂直投影的窗口移动方法,得到代表作物行的定位点,提出了基于机器视觉和随机方法的作物行提取算法.该算法从定位点中随机选取2个不同点,决定一条候选直线,再根据阈值规则,进一步判断候选直线的真实性.实验结果表明,该算法可以提取不同作物的作物行,处理一幅640×480像素的彩色图像平均需要220 ms,正确识别率达98%.     

基于改进Hough变换的农田作物行快速检测算法

选取苗期农田作为研究对象,采集了包含行栽作物和土壤背景的农田图像,针对现有作物行定位方法易受外界干扰和处理速度较慢的不足,提出将投影法和直接Hough变换法相结合检测作物行的算法.采用2G-R-B 法和OTSU法将图像二值化,通过快速中值滤波算法去除噪声,再利用垂直直方图投影将图像进行水平条划分获取作物垄平均定位点,最后通过Hough变换检测垄定位点,得到作物行中心线.试验结果表明:基于垂直直方图投影的Hough变换检测作物行中心线的算法在保证高定位精度的同时,算法处理速度比直接Hough变换检测法提高了3倍,得到的定位基准线能代表作物行走向.     

基于特征工程的大田作物行中心线识别方法

针对大田作物行特征复杂多样,传统作物行识别方法鲁棒性不足、参数调节困难等问题,该研究提出一种基于特征工程的大田作物行识别方法。以苗期棉花作物行冠层为识别对象,分析作物行冠层特点,以RGB图像和深度图像为数据来源,建立作物行冠层特征表达模型。运用特征降维方法提取作物行冠层的关键特征参数,降低运算量。基于支持向量机技术建立作物行冠层特征分割模型,提取作物行特征点。结合随机抽样一致算法和主成分分析技术建立作物行中心线检测方法。以包含不同光照、杂草、相机位姿的棉花作物行图像为测试数据,运用线性核、径向基核和多项式核的支持向量机分类器开展作物行冠层分割试验;对比分析典型Hough变换、最小二乘法和所建作物行中心线检测方法的性能。结果表明,径向基核分类器的分割精度和鲁棒性最优;所建作物行中心线检测方法的精度和速度最优,航向角偏差平均值为0.80°、标准差为0.73°;横向位置偏差平均值为0.90像素,标准差为0.76像素;中心线拟合时间平均值为55.74ms/f,标准差为4.31ms/f。研究成果可提高作物行识别模型的适应性,减少参数调节工作量,为导航系统提供准确的导航参数。     

农业装备虚拟试验系统平台的建立

针对农业装备数字化设计技术研究的需求,利用虚拟现实场景建模工具MultiGen Creator和实时场景驱动软件Vega Prime,结合VC++编程语言,开发出一套完整的农业装备虚拟试验系统平台.阐述了系统平台的软硬件组成、功能、结构以及系统的开发流程,对建模过程中运用到的方法、步骤和所涉及到的关键技术进行了研究,此外对Vega Prime应用中的关键技术和难点进行了探讨.测试试验表明,该系统平台运行稳定,具有可靠性和有效性.     

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。     

农业装备虚拟试验系统平台的建立

针对农业装备数字化设计技术研究的需求,利用虚拟现实场景建模工具MultiGen Creator 和实时场景驱动软件Vega Prime,结合VC++编程语言,开发出一套完整的农业装备虚拟试验系统平台。阐述了系统平台的软硬件组成、功能、结构以及系统的开发流程,对建模过程中运用到的方法、步骤和所涉及到的关键技术进行了研究,此外对Vega Prime应用中的关键技术和难点进行了探讨。测试试验表明,该系统平台运行稳定,具有可靠性和有效性。     

基于机器视觉的玉米苗期多条作物行线检测算法

为满足玉米苗期中耕、追肥等田间管理环节的自主导航行走需求,研究了基于机器视觉的多条作物行线实时检测技术.首先,基于绿色分量增强法、分割阈值优化法和形态特征分析法,对图像分别进行灰度化、二值化和去噪等预处理,该预处理结果不受自然光照变化、阴影、降水/积水、播种模式等影响,对细密状杂草干扰或植株冠层交叠条件下作物行间分界间...     

基于双目视觉的作物苗期障碍物三维信息检测方法

农业智能装备在实际农田环境中行进或作业的过程中需要感知多变环境下的各种障碍物.为此,基于双目视觉,开展了作物苗期农田障碍物三维信息检测方法研究,提出了一种基于特征的障碍物检测算法.首先,利用边缘检测算法去除天空背景,提取出障碍物潜在区域的上边界线,利用超绿特征颜色变换去除绿色作物苗期农田背景,提取下边界线;然后,通过阈...     

作物图像光照亮度补偿方法

图像间光照亮度不一致问题是影响作物叶色-氮营养诊断精度的因素之一。针对此问题,提出基于灰度梯度的光照亮度补偿算法、基于十色模型的光照亮度补偿算法以及组合算法。166幅室内外水稻和油菜叶片与冠层图像集的光照亮度补偿实验结果表明,3种算法均能改善图像间的光照亮度差异;提取的颜色特征与SPAD值间相关分析结果表明,3种算法处理后能使相关性提高0.01～0.11。3种算法是解决光照亮度不一致问题的有效方法。     

液压机械无级变速传动拖拉机虚拟试验平台设计

采用计算虚拟试验技术搭建无级变速拖拉机虚拟试验平台,缓解液压机械无级变速器(HMCVT)研究中实物试验存在的成本高、周期长及试验场地限制问题.以模块化和参数化建模的方法,将拖拉机系统划分为发动机模块、HMCVT模块、中央传动模块及行走机构模块,搭建了虚拟试验平台.采用神经网络建立发动机模型,采用动力学方程建立液压机械无...     

基于双目视觉的田间作物高度和收割边界信息提取

为实现收获机无人驾驶自适应调控,提出一种基于双目视觉对田间作物高度和收割边界信息进行提取的方法.利用双目相机获取三维数据,基于RANSAC算法拟合初始地面平面,结合IMU计算作业实时平面,根据点到平面的距离将三维数据转换为对应的实际高度.提出一种改进的结合密度峰聚类和K均值聚类的方法对高度数据分类,同时基于归一化彩色图...     

滴灌条播作物毛管水力设计方法探讨

研究毛管水力设计历来为人们所重视,但从目前资料来看,正确运用水力学原理,探讨改进设计方法,对提高设计精度,充分发挥滴灌效益,仍有实际意义。毛管以下滴灌设备件小、用量大,其投资占全系统的40％～50％。尤其是滴灌条播作物(如葡萄,黄瓜等),因种植密度大,毛管设计优劣与系统运行,灌溉质量,费用高低等关系尤为密切。考虑到采用微管滴头,按等量出流设计的毛管计算比较繁锁,故本文将通过对实际计算方案讨论,阐明多孔出流条件下的一些设计参数取值、算法、给出简化水力计算公式及其设计应用方法,供设计者参考。     

作物育种试验区机械化的研究进展

本文从作物育种试验区管理的各个环节出发,介绍了目前国内外作物育种试验区机械化的研究现状。作物育种试验区管理机械的二个关键环节播种机与收获机均已形成系列,技术已经成熟,其它技术、设备也取得了长足的进步,计算机技术在育种试验区管理机械上得到了广泛的应用。实现作物育种试验区机械化,既可保证育种试验的准确性和科学性,也有利于降低试验成本和提高作物育种试验的工作效率。