[發明專利]一種基于機器視覺的玉米苗期機械除草識別方法及裝置

在審

• 申請號: 202010019478.4
• 申請日: 2020-01-08
• 公開（公告）號: CN111028233A
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發明（設計）人: 馮俊惠;李志偉;方休俊
• 申請（專利權）人: 山西農業大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/194;G06T7/12;G06T7/73;G06T5/00;A01M21/02
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本發明公開了一種基于機器視覺的玉米苗期機械除草識別方法及裝置，屬于農業工程領域。通過識別攝像頭采集圖像，傳輸給處理器，通過基于機器視覺的玉米苗期機械除草識別方法，識別玉米植株區域，并測算玉米根部位置信息，然后控制執行機構動作，使得帶豁口的旋轉除草刀繞玉米根部旋轉，除去玉米植株周圍的雜草，并通過導航攝像頭實現除草裝置路徑導航。本發明提供了一種高精度、高速度的機械除草識別算法，實現了除草裝置自主高效作業，具有較強的實用價值。

技術領域

本發明涉及一種機械除草識別方法及裝置，屬于農業工程領域，具體來說涉及一種基于機器視覺的玉米苗期機械除草識別方法及裝置。

背景技術

雜草對于作物的生長危害極大，它與作物爭奪肥、光、水分、空間，容易滋生病蟲害，從而降低作物產量和品質。目前已有的除草方法有人工除草、機械除草、化學除草、生物除草、火焰除草、電力除草、輻射除草等。其中，機械除草不僅能夠有效抵制農藥、化肥的使用，滿足有機生產系統及廣大民眾對于食品安全和環境保護的要求，而且可以增加土壤的透氣性和透水性，有助于農作物的生長。機械除草的關鍵技術是雜草的精確識別，只有實現對雜草的精確識別，才能保證機械除草的智能化和精細化。

玉米是我國第一大糧食作物，玉米田中常見的雜草包括一年生禾本科雜草馬唐、牛筋草、狗尾草等，一年生闊葉雜草反枝莧、藜、馬齒莧等，多年生雜草香附子、田旋花、刺耳菜等。玉米苗期受雜草的危害最重，而中后期的玉米形成高大密閉的群體，對雜草的發生和生長受到抑制，對產量的影響不是太大。因此，玉米苗期是雜草防除的關鍵時期。

本發明公開了一種高精度、高速度的玉米苗期機械除草識別算法，以及自主高效作業的機械除草裝置，具有較強的實用價值。

發明內容

針對玉米苗期雜草種類繁多，而現有技術對于雜草識別的準確性和實時性不足等問題，本發明公開一種高精度、高速度的玉米苗期機械除草識別算法，以及自主高效作業的機械除草裝置。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：

一種基于機器視覺的玉米苗期機械除草識別方法，雜草識別等同于識別綠色植株中非玉米植株的部分，而對玉米植株的識別使得識別算法更加高效。

一種基于機器視覺的玉米苗期機械除草識別方法，按照以下步驟進行操作，

a、 將采集到的RGB圖像根據顏色特征進行二值化處理，得到綠色植株為前景區域的二值化圖像，去除噪聲，然后對前景區域進行連通域標記；

b、 計算HSV模型，分別得到飽和度圖像和色度圖像；

c、 建立飽和度能量模型，用二值化圖像對飽和度圖像進行掩膜處理，并計算每個連通域內飽和度能量值，飽和度能量值最大的連通域即為玉米植株區域；

d、 根據色度圖像測算玉米植株的根部位置信息。

一種基于機器視覺的玉米苗期機械除草裝置，由處理器Ⅰ、識別攝像頭Ⅱ、導航攝像頭Ⅲ、機械臂Ⅳ、末端執行器Ⅴ構成，其特征是：所述的處理器Ⅰ是系統的嵌入式控制器；所述的識別攝像頭Ⅱ和導航攝像頭Ⅲ是系統的視覺傳感器，通過總線與處理器Ⅰ連接；所述的機械臂Ⅳ由處理器Ⅰ通過電機控制；所述的末端執行器Ⅴ即除草裝置的除草刀，與機械臂Ⅳ相連接；所述的識別攝像頭Ⅱ采集得到的圖像即為機械除草識別的RGB圖像；所述的處理器Ⅰ根據機械除草識別方法測算玉米植株的根部位置信息，進而控制機械臂Ⅳ動作；所述的末端執行器Ⅴ即帶豁口的旋轉除草刀。

本發明公開的基于機器視覺的玉米苗期機械除草識別方法及裝置有以下特點：

(1)玉米植株識別相比于雜草識別，方法更加簡單，更加準確；

(2)引入HSV模型增加了識別方法的特征提取維度，簡化了識別方法；