基于图像处理的道路绿化带自动浇灌方法及系统与流程

技术特征：
1.一种基于图像处理的道路绿化带自动浇灌方法，其特征在于，包括：图像采集步骤：由浇灌车上的拍摄图像，并由上位机截取摄像头画面；图像处理步骤：提取画面中绿化带植株颜色特征，并依次进行图像二值化、高斯模糊降噪处理；目标区域识别步骤：对经过处理后的图像判断有无目标区域，若没有，返回图像采集步骤，若有，则进入目标区域大小步骤；目标区域大小步骤：判断目标区域大小是否大于等于100000像素；执行步骤：目标区域大小判断完成后，通过高电频驱动浇灌车辆进行相应模式浇灌，由管理界面实时输出浇灌情况。2.根据权利要求1所述的基于图像处理的道路绿化带自动浇灌方法，其特征在于，所述目标区域大小步骤具体包括：判断目标区域大小是否大于等于100000像素；若大于，则获取目标区域质心位置，判定质心在图像分割的四块区域中的位置，灌溉车运行时需要对不同位置质心进行跟踪，然后进行上位机与下位机的通信。3.根据权利要求2所述的基于图像处理的道路绿化带自动浇灌方法，其特征在于，所述上位机与下位机的通信包括：将识别到的绿色图像质心区域分为四块，将摄像头分辨率设置为640*480，故据此质心所在区域分为水平0～320,竖直240～480；水平0～320,竖直0～240；水平320～640,竖直240～480；水平320～640,竖直0～240这四种情况；定义四个函数，根据四种质心位置区间，上位机程序在循环结构中不断判断质心所处位置在a/b/c/d区域，向下位机发送四种不同的串口信号，再由下位机引脚输出驱动信号，经放大电路驱动浇灌车内的水泵与浇灌臂舵机，进行四种模式不同角度的转动。4.根据权利要求3所述的基于图像处理的道路绿化带自动浇灌方法，其特征在于，所述上位机对质心位置判断后由串口通讯驱动下位机，从而实现对绿植的主要所在区域进行定位的来回喷灌，在下位机程序横向来回浇灌的基础上增添纵向25度的来回浇灌；进行质心位置处于水平0～320,竖直0～240；水平320～640,竖直0～240两种情况的浇灌时，将纵轴角度最小值设置为水平向上30度。5.根据权利要求3所述的基于图像处理的道路绿化带自动浇灌方法，其特征在于，在上位机中加入绿植面积判断功能，当识别到的绿色像素点多于100000个时，舵机进行对该角度范围多量喷灌，其中，底部舵机转动四次，水泵马达转速最高；反之，绿色像素点小于100000时，舵机则进行较少量喷灌，此时，底部舵机转动次数、水泵马达转速为多量情况的一半。6.根据权利要求1所述的基于图像处理的道路绿化带自动浇灌方法，其特征在于，所述图像处理步骤中提取画面中绿化带植株颜色特征，通过识别植物颜色，对绿化带进行浇灌，运用matplotlib库将图像中不同颜色区域的rgb值以及由其转换后的hsv值提取出来，并进行颜色直方图比较；得到所需要检测的三种颜色的合适hsv分度值范围后，通过在图像中找绿色像素点的方式设计算法，将除绿色像素点外的像素全部转化为黑色像素点；再由opencv库中的灰度化、二值化函数，将绿色像素点转化为白色像素点；再通过质心计算公式，将所有白色像素点的中心求取，即原先绿颜色所在的主要位置的中心。
7.根据权利要求6所述的基于图像处理的道路绿化带自动浇灌方法，其特征在于，所述图像处理步骤中利用高斯模糊在python中的算法，高斯滤波就是对整幅图像进行加权平均的过程，每一个像素点的值，都由其本身和邻域内的其他像素值经过加权平均后得到；高斯滤波模板计算公式：其中，i表示像素模板横坐标；j表示像素模板纵坐标；g
ij
表示高斯模板；a表示1/2πσ(常数)；σ表示高斯半径；e表示自然常数；u表示遵从正态分布的随机变量的均值；σ2表示μ变量的方差；在测试中，将公式中sigma1与sigma2设置值为1～10时，能够将面积较小的白色像素点与周围大面积的黑色部分相互交融，白色像素点的周围变得相对平滑，在高斯滤波模板数值的增大后，图像中原有的白色像素点就彻底与周围黑色区域融合消失，从而将处理后二值化图像中的小型白色噪点去除；二维图像简化公式，其中sigma1＝sigma2：若在特定场地需要，只需更改高斯滤波模板公式中的sigma值。8.一种基于图像处理的道路绿化带自动浇灌系统，其特征在于，包括：总车体框架、车头、车身、车尾以及车底；所述总车体框架包括：铝合金框架和多个车轮；所述车头包括：上位机和下位机硬件；所述车身包括：水箱、水泵、广角摄像头、蓄电池以及nvidia板；所述车尾包括：舵机和浇水喷头；所述车底包括：多个车轮驱动电机；其中，在nvidia板上完成图像识别、测算深度的算法开发，并使用该板进行图像处理、上位机信号发射在内的相关操作。9.根据权利要求8所述的基于图像处理的道路绿化带自动浇灌系统，其特征在于，所述下位机硬件包括：电子调速器：控制车轮底盘电机转动；第一继电器：控制舵机；第二继电器：控制水泵；遥控接收板：控制行进；arduino单片机：作为下位机接收、驱动装置，控制驱动浇灌臂舵机。10.根据权利要求8所述的基于图像处理的道路绿化带自动浇灌系统，其特征在于，所述舵机设置为两个，全部选用工作扭矩为13kg
·
cm的mg995金属齿轮数字舵机；所述两个mg995数字舵机，与水管、浇水喷头和支撑结构组成双自由度浇灌臂，安装在车尾一侧。

技术总结
本发明提供一种基于图像处理的道路绿化带自动浇灌方法及系统，包括：图像采集步骤：由浇灌车上的拍摄图像，并由上位机截取摄像头画面；图像处理步骤：提取画面中绿化带植株颜色特征，并依次进行图像二值化、高斯模糊降噪处理；目标区域识别步骤：对经过处理后的图像判断有无目标区域，若没有，返回图像采集步骤，若有，则进入目标区域大小步骤；目标区域大小步骤：判断目标区域大小是否大于等于100000像素；执行步骤：目标区域大小判断完成后，通过高电频驱动浇灌车辆进行相应模式浇灌，由管理界面实时输出浇灌情况。本发明能够提升灌溉效率，从而实现自动精确的绿化带维护灌溉。从而实现自动精确的绿化带维护灌溉。从而实现自动精确的绿化带维护灌溉。


技术研发人员：蔡之恒 陆广琴
受保护的技术使用者：上海市金山区青少年活动中心
技术研发日：2022.08.25
技术公布日：2022/11/22