不受外界光源干扰的地表秸秆覆盖率快速检测方法及装置

技术特征：
1.一种不受外界光源干扰的地表秸秆覆盖率快速检测装置，其特征在于：所述装置包括：暗箱箱体(1)、第一智能条形led灯(2)、工业相机(3)、第二智能条形led灯(4)、主机(5)、光照强度与色温传感器(6)、第三智能条形led灯(7)和第四智能条形led灯(8)；所述暗箱箱体(1)为下部敞口的立方体，内部涂有不透光涂层，为检测提供无自然环境光影响的密闭环境；四个工业相机(3)，用于采集暗箱箱体(1)内的地表图像，分别置于暗箱箱体(1)的顶部内侧，位于顶面四分区域的中心，且工业相机(3)的镜头垂直暗箱箱体(1)的顶面朝向暗箱箱体(1)的下部敞口，通过线缆与主机(5)相连；第一智能条形led灯(2)、第二智能条形led灯(4)、第三智能条形led灯(7)和第四智能条形led灯(8)安装在暗箱箱体(1)的顶部内侧，由主机(5)进行无线调控，为图像采集提供特定光源；第一智能条形led灯(2)、第二智能条形led灯(4)、第三智能条形led灯(7)和第四智能条形led灯(8)的光源照射面积完全覆盖暗箱内地表面积；光照强度与色温传感器(6)置于暗箱侧壁内部，用以实时监测暗箱内部光线的光照强度与色温，并通过i2c适配器与主机(5)相连。2.如权利要求1所述的不受外界光源干扰的地表秸秆覆盖率快速检测装置，其特征在于：第三智能条形led灯(7)为矩形，置于暗箱箱体(1)的顶面中心且垂直于暗箱箱体(1)的顶面安装；第三智能条形led灯(7)的长边侧的外侧的四个角部设有四个工业相机(3)；第四智能条形led灯(8)为矩形，一对第四智能条形led灯(8)对称设置在第三智能条形led灯(7)的短边侧的外侧，垂直于暗箱箱体(1)的顶面安装；第二智能条形led灯(4)为矩形，一对第二智能条形led灯(4)对称设置在第三智能条形led灯(7)的长边侧的外侧，垂直于暗箱箱体(1)的顶面安装；第一智能条形led灯(2)为矩形，一对第一智能条形led灯(2)与第二智能条形led灯(4)平行，且位于第二智能条形led灯(4)的外侧，垂直于暗箱箱体(1)的顶面安装。3.如权利要求1所述的不受外界光源干扰的地表秸秆覆盖率快速检测装置，其特征在于：所述暗箱箱体(1)为q235材质。4.一种利用如权利要求1～3中任意一项所述的地表秸秆覆盖率快速检测装置的不受外界光源干扰的地表秸秆覆盖率快速检测方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：步骤1)、暗箱箱体(1)的敞口一侧置于待测秸秆覆盖率的地表上，通过数据传输线将四个工业相机(3)与主机(5)相连，第一智能条形led灯(2)、第二智能条形led灯(4)、第三智能条形led灯(7)与第四智能条形led灯与主机(5)无线相连；通过i2c适配器将光照强度与色温传感器(6)与主机(5)相连，并形成稳定通讯；对4个工业相机(3)进行标定，通过刚体变换、透视投影、二次转换完成三维世界坐标与二维像素坐标的转化，确定地表上每点的几何位置与其在相机获取图像中对应点之间的作用关系；步骤2)、通过主机(5)将第一智能条形led灯(2)、第二智能条形led灯(4)、第三智能条形led灯(7)与第四智能条形led灯(8)的灯光颜色控制为绿色，光照强度控制为70000～
80000lux，色温控制为5200
±
200k；步骤3)、标定后的工业相机(3)获取暗箱内图像，主机(5)对4个工业相机(3)采集的地表图像进行图像拼接，其包括图像配准及图像融合，形成分辨率稳定的大视场图像；步骤4)、通过索引拆分rgb大视场图像通道，获得图像的b通道、g通道、r通道的数值；步骤5)、利用超绿算子z＝2g-r-b对图像进行灰度化处理，获取超绿灰度图；步骤6)、对获取的超绿灰度图进行自适应阈值分割，将图像中绿色杂草与背景区分开，获得二值化图像；步骤7)、查找二值化图像中绿色杂草部分轮廓，确定轮廓的像素位置并计算轮廓内像素总数，轮廓内像素总数与整个图像像素总数的比值即为杂草覆盖率；步骤8)、通过主机(5)将第一智能条形led灯(2)、第二智能条形led灯(4)、第三智能条形led灯(7)与第四智能条形led灯(8)的灯光颜色调节为自然光，光照强度控制为9000～10000lux，色温控制为4500
±
200k；步骤9)、已标定的工业相机(3)获取暗箱内图像，按照步骤3，主机(5)对4个工业相机(3)采集的地表图像进行图像拼接，再次形成分辨率稳定的大视场图像；步骤10)、根据步骤7)获取的绿色杂草轮廓的像素位置，构造掩膜图像，对步骤9)获取的大视场图像进行掩膜运算，获取结果图像，剔除绿色杂草部分对地表秸秆识别的影响；步骤11)、采用最大类间方差法对步骤10)中的结果图像进行灰度化处理，获得二值图，将结果图像中的地表秸秆与背景分割开；步骤12)、对步骤11)中的二值图使用形态学函数进行开运算迭代三次，再膨胀迭代两次，以消除图像中的噪声点，获得形态学处理后二值图像；步骤13)、查找步骤12)中形态学处理后二值图像中秸秆部分轮廓，确定轮廓的像素位置并计算轮廓内像素总数，轮廓内像素总数与步骤3)中获取的大视场图像像素总数的比值即为地表秸秆覆盖率。5.如权利要求4所述的不受外界光源干扰的地表秸秆覆盖率快速检测方法，其特征在于：所述步骤2)和步骤8)中，暗箱内光源调控的方法为：先由主机(5)将第一智能条形led灯(2)、第二智能条形led灯(4)、第三智能条形led灯(7)与第四智能条形led灯(8)调控至光源光照强度与色温的设定值；接着第一智能条形led灯(2)、第二智能条形led灯(4)、第三智能条形led灯(7)与第四智能条形led灯(8)接收主机(5)的指令信号并响应至光源的设定值，再由光照强度与色温传感器(6)检测实时暗箱(1)内部的光照强度与色温数值，并将该数值传输至主机(5)；接着由主机(5)将该实时检测值与光源设定值进行对比，若与光源设定值一致，则不执行其他光源调控指令，若与光源设定值不一致，则由主机(5)重新调控暗箱(1)内部的第一智能条形led灯(2)、第二智能条形led灯(4)、第三智能条形led灯(7)与第四智能条形led灯(8)，重复上述过程直至达到光源设定值。

技术总结
本发明属于农业保护性耕作技术领域，涉及不受外界光源干扰的地表秸秆覆盖率快速检测方法及其装置。该述装置包括暗箱箱体(1)、第一智能条形LED灯(2)、工业相机(3)、第二智能条形LED灯(4)、主机(5)、光照强度与色温传感器(6)、第三智能条形LED灯(7)和第四智能条形LED灯(8)；本申请通过在暗箱箱体(1)的顶部采取对称式垂直安装方法且光源照射面积完全覆盖暗箱内地表面积，暗箱覆盖区域内的地表可得到均匀一致的光照，消除因光源成角度照射造成光线的高度集中，而导致暗箱内部地表明暗不均以及在地表秸秆上形成光源形状的投影，进而保证工业相机采集地表原始图像的质量。该装置可挂接于农业机械，用以提高检测精度与检测效率。用以提高检测精度与检测效率。用以提高检测精度与检测效率。


技术研发人员：李洪文 江珊 何进 王庆杰 卢彩云 袁盼盼 崔单丹 贺栋
受保护的技术使用者：中国农业大学
技术研发日：2022.01.21
技术公布日：2022/4/29