一种基于图像识别的植物虫害诊断装置

1.本发明涉及图像识别技术领域，具体为一种基于图像识别的植物虫害诊断装置。


背景技术：

2.图像识别，是指利用计算机对图像进行处理、分析和理解，以识别各种不同模式的目标和对象的技术，是应用深度学习算法的一种实践应用。图像识别是人工智能的一个重要领域。识别过程包括图像预处理、图像分割、特征提取和判断匹配。简单来说，图像识别就是计算机如何像人一样读懂图片的内容。借助图像识别技术，我们不仅可以通过图片搜索更快的获取信息，还可以产生一种新的与外部世界交互的方式，甚至会让外部世界更加智能的运行。而当图像识别技术赋予了机器“眼睛”之后，这个过程就可以简化为：人眼借助机器捕捉目标信息、机器和互联网直接对信息进行分析并返回结果。图像识别使摄像头成为解密信息的钥匙，我们仅需把摄像头对准某一未知事物，就能得到预想的答案。
3.当前，园林植物病虫害发生有上升趋势。随着社会发展、经济繁荣和生活水平的提高，人们对自身周围环境和生活质量的要求越来越高，随着水果种类的增加以及舒适的环境为病虫害的繁殖提供了便利。园林植物在林业生态建设中规模化发展也给病虫害集中爆发流行提供了条件。果树病虫害种类急剧增加，严重影响了果树的产量。对于如何快速准确的识别果树病虫害并进行有效的防治，帮助果农提高经济收益，解决问题的关键是对病虫害进行准确的识别。
4.所以，设计一款能精准识别检测植物虫害，能够实时监控农田及果园农作物健康状况的装置是十分有必要的。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术的不足，一种基于图像识别的植物虫害诊断装置本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于图像识别的植物虫害诊断装置，包括系统硬件平台模块、图像处理计算模块；所述系统硬件平台模块包括主控制器电路、主控外围电路、无线通信电路、传感器采集电路；所述主控制器电路与主控外围电路连接，无线通信电路与传感器采集电路连接；所述图像处理计算模块包括图像处理与识别软件模块、主控制器程序、a/d转换模块、存储模块；所述主控制器电路、主控外围电路、存储模块、主控制器程序分别与图像处理计算模块连接；所述主控制器电路、主控外围电路分别与a/d转换模块连接；所述无线通信电路设置于装置顶部，用于接收控制端发射的指令信号；所述传感器采集电路设置于装置中部，用于对环境因素进行监测；
所述图像处理计算模块包括控制主控制器程序、a/d转换模块、存储模块以控制系统硬件平台模块。
6.进一步的，所述主控制器电路中还设置有 nb 模块、环境监测传感器与控制系统连接。
7.进一步的，所述主控制器电路中还设置有电池电量检测模块，用于实时监测装置供电电源的电量。
8.进一步的，所述装置中上还设置有摄像头，摄像头与装置主控制系统连接，用于连接装置控制系统与终端。
9.进一步的，所述无线通讯模块还用于连接装置中低端控制系统与移动终端。
10.进一步的，所述存储模块中预设有虫害植株的特征图片。
11.进一步的，所述装置还设置有图像处理计算模块，图像处理计算模块与装置的主控制器电路连接。
12.进一步的，所述装置的图像处理计算模块用于识别装置工作中采集到的病害植株图像并通过计算得出结论。
13.本发明的有益效果是：1、本发明的一个创新点在于，通过图像处理计算模块的设计，可以快速的对摄像头采集到的病害植株患病种类进行精准识别，并将信息传输到外围控制电路中进行处理，主控制器将采集到传感器数据打成一包并按照设定好协议通过 nb 模块发送给电信云平台，应用服务器和电信平台完成对接，登录网页时从应用服务器获取数据并解析进行显示，此外模块接收服务器端下发的控制命令通过串口传送给主控制器，主控制器解析并执行相应的命令，装置选用的 nb 模组工作电压为3.8v，电流峰值268ma,通过串口助手配置连接到指定服务器，具有掉电记忆功能，无需多次配置。
14.2、本发明的另一个创新点在于，装置使用dc3.3v为主控制器i/o口电源，vdd-ext为模块引脚提供的3.0v电源，采用bc817 三极管实现串口电平转换。模块支持3.0vsim卡，电路设计时sim卡槽需要尽量靠近模块位置放置，信号线走线尽量短，另外使用smf05c芯片增加esd防护，保证模块正常运行。
附图说明
15.图1为本发明的系统图。
具体实施方式
16.下面结合本发明的附图1，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施。
17.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“逆时针”、“顺时针”“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
18.一种基于图像识别的植物虫害诊断装置，其特征在于，主控制器电路、传感器采集电路。
19.所述主控制器电路模块包括nb模块、环境监测传感器、无线通信电路装置。
20.所述主控制器电路与主控外围电路连接，无线通信电路与传感器采集电路连接；图像处理计算模块包括图像处理与识别软件模块、主控制器程序、a/d转换模块、存储模块。
21.所述主控制器电路、主控外围电路分别与a/d转换模块连接。
22.所述无线通讯模块还用于连接装置中低端控制系统与移动终端。
23.所述装置还设置有图像处理计算模块，图像处理计算模块与装置的主控制器电路连接。
24.所述无线通信电路设置于装置顶部，用于接收控制端发射的指令信号。
25.所述传感器采集电路设置于装置中部，用于对环境因素进行监测。
26.本方案的工作原理简述：在本发明中，装置在工作过程中，主要实现果园园区环境因子监测和利用监测得到的数据作为依据来控制园区里的相应的电气设备，使得园区始终保持适宜蔬菜水果生长的环境，病虫害识别诊断部分实现将高清摄像头采集的果树叶图像传输给上位机进行预处理和颜色、纹理特征提取，生成对应特征向量，采用加权 k 近邻识别算法和已建立的果树病虫害数据库进行对比，诊断出当前果树生长过程中比较严重的病虫害，根据识别诊断出的结果发送对应的控制命令进行针对性防治。环境因子监控分为两部分，一部分实现果树生长环境例如空气温湿度，土壤温湿度、二氧化碳浓度等参数实时采集并通过 nb-iot 无线通信模块发送至服务器，果农可以通过web界面实时监控。其识别过程如下：第一步，整理好果树病虫害样本库分为训练集和测试集。第二步，按照上文描述的 hsv 颜色特征和 uplbp 纹理特征直方图方法对训练集中病虫害图像进行特征提取，生成对应的直方图特征向量，构成病虫害图像特征库。第三步，对测试集病虫害图像按照相同的方法进行特征提取，然后利用加权距离算法计算测试集图像与训练集图像直方图特征向量之间的距离，以此来度量两者相似度。第四步，将计算出的距离作为 k 近邻算法的输入，识别出病虫害类别。
27.在机器学习分类算法中，经常通过计算两个变量之间的距离，以距离大小作为两者相似性度量方法。采用不同算法进行特征相似度计算的结果也不一样，对识别的效果也有一定影响。常见的度量方法有：欧几里得距离、曼哈顿距离、马氏距离、切比雪夫距离等。本设备在求取颜色直方图和纹理直方图特征相似度时所用度量方法为在度量病叶颜色直方图相似度时采用欧式距离。本系统中数据上传过程为：传感器通过 rs485 串口将采集数据发送给主控制器，主控制器打包数据通过 ttl 串口发送给 nb-iot 无线通信模块，模块将接收到数据发送至电信云平台，电信平台再把数据推送给应用服务器，web 平台通过访问应用服务器获取数据并进行显示。平台控制指令下发和数据上传的过程正好相反。服务器端下发指令先转发给电信平台，接着由基站发送给 nb 模块，模块接收数据通过 ttl 串口传输给主控制器，主控制器对数据进行解析完成对相关设备控制。触摸显示屏与主控直接相连，通过串口接收数据并显示和下发指令。上位机与主控制器之间通过蓝牙通信。信息传感层是感知客观世界的有效手段也是物联网系统的基础。本装置中传感层设计主要包括环境参数采集和电器设备控制。主控制器配合 nb-iot 无线通信模块组成本系统中的网
关，将终端采集的环境参数进行收集整理，并转发给服务器，同时网关接收服务器控制指令实现对现场设备的控制。信息传感层为整个物联网系统提供最原始的数据，在系统决策过程中占有重要地位，同时这些数据的积累为农业大数据研究提供基础。主控制器选用stm32f407zgt6 处理芯片，主控制器设计包括电源供电电路、串口电路、看门狗电路、网口电路和触摸显示屏电路。电源为整套系统提供动力，串口电路用于不同模块之间的通信，看门狗防止系统程序进入死循环或跑飞，网口电路用于和服务器建立连接。触摸显示屏方便使用者在现场及时了解园区环境以及电器设备运转状况，并可以通过按键改变设备运转状态。无线通信模块用于将数据发送给服务器以及接收来自服务器的控制指令。
28.进一步的，所述装置上还设置有温度传感器、湿度传感器与装置控制系统连接，在装置工作过程中，过高的环境温度或过高或过低的湿度会导致装置电器设备的损伤，因此，环境因子监控传感器是必需的配置。
29.进一步的，所述装置还设置有电池电量检测模块，用于检测装置供电电源的电量，在装置工作过程中，电源电量是必须时刻关注的问题，必须在装置电量用完前提示并返回充电。
30.进一步的，所述装置上还设置有摄像头、无线通讯模块，摄像头与无线通讯模块分别与装置的主控制系统连接，无线通讯模块用于连接装置的主控制系统，通过控制系统可以查看所识别的植物虫害的画面，并通过该图像作出针对性的措施来对植株进行治疗。
31.进一步的，所述无线通讯模块还用于连接装置的主控制系统，通过无线通讯模块与终端连接，使用者可以在远端查看装置的识别结果，由于手机是现代人们不离身的电子元件，选择手机作为移动终端，可以有效避免用户因没有及时查看到消息，导致装置损坏或者故障。
32.进一步的，所述存储模块中预设有虫害植株的特征图片，用户可以随时调取。
33.所述装置还设置有图像处理计算模块，图像处理计算模块与装置的主控制器电路连接，可以对识别的虫害植株的虫害种类进行快速识别并上传至存储模块中。
34.进一步的，所述装置的主控制电路模块选用stm32f407zgt6 处理芯片作为主要芯片，该芯片由 st公司生产，cortex
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m4 内核，主频高达 168mhz。在存储器方面拥有 1mb flash。在低功耗方面具有睡眠、停机和待机三种模式，适合应用在多种控制领域。stm32f407zgt6 拥有 usb_otg_fs,以太网接口和摄像头接口。用于检测装置运行过程中的电压数据、电流数据、温度数据、运行功率，通过检测电压值、电流值、温度值以及输出功率数据可以检测到装置的绝大部分故障，当某一个数据与预设的阈值不符合时，就表明装置出现了故障。
35.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。