基于网络摄像机的株高远程无损测量系统

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1、2015年4月农机化研究第4期基于网络摄像机的株高远程无损测量系统蒋普，耿楠(西北农林科技大学信息工程学院，陕西杨凌712100)摘要:作物株高是体现作物长势的重要指标。为此，针对现有基于图像分析测量方法需设置标定物、图像分割困难、精度不高的问题，提出一种基于网络摄像机的株高远程无损测量方法。利用三角测量原理，通过控制网络摄像机云台运动，计算光轴旋转角度，实现了株高的远程无损测量。以玉米为研究对象，在喇叭口期，通过焦距固定和焦距可变两组实验，测试了焦距变化对测量数据的影响。在三叶期、拔节期、大喇叭口期和抽雄期，随机选取10株作物，进行远程无损测量和人工测量，并生成株高数据连续变化曲线

2、。实验结果表明:使用该方法，测量结果不受作物与摄像机距离远近和摄像机焦距变化的影响，鲁棒性强，对于无倾斜或倾斜度较小的作物，测量平均相对误差为3．66%，最大相对误差为6．71%，可满足农业生产的要求。关键词:网络摄像机;远程测量;旋转步长;旋转角度;作物株高中图分类号:TP391．4文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015)04－0068－05DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.04.016计算机技术的发展，图像分析方法在作物长势信息获0引言［3］取方面的应用越来越广泛，国内外学者已在该领域作物长势一般指作物的生长状况与趋势，用来描进行了卓有成效

3、的研究，并取得了一定成果。但该类述作物长势的特征参数可以分为个体特征参数、群体方法在进行株高测量时，往往需要在待测作物旁放置特征参数和综合参数3个方面。其中，个体特征参数标定物，且需要对作物图像进行分割，人工干预过多，包括株高、茎粗、叶片数量、形状、颜色等，群体特征参分割精度会对最终的结果造成重大影响。Casady［4］数包括种植密度、株距、行距等，综合特征参数指叶面等通过对作物图像进行分析，获得了水稻植株的高［5］积指数［1］。度和宽度等形态特征信息。白景峰等利用苗木图在农业生产过程中，通过对作物长势进行监测，像的灰度矩阵，采用相应计算方法实现了苗高、地径等苗木视觉特征量的提取;但

4、是这两种方法在实现时及时准确地掌握其生长信息，可以为田间管理决策提都需要在图像视野中设置标志物，以获得像素点和实供依据，以便管理者采取适当的干预措施来保证作物［6］［2］际单位长度之间的对应关系。张云鹤等采用机器的正常生长，对最终的高产稳产具有重要意义。视觉技术研发了作物茎秆直径测量仪;但在图像获取作物高度作为长势信息的一个重要方面，是衡量时需要将已知直径的圆棍作为参照物与作物茎秆放其生长速度的重要指标之一，在农学、园艺学等研究在一起拍摄，并且摄像机必须垂直参照物进行拍摄。领域以及农业机械自动化生产过程中，都具有重要作［7］另外，高魏等根据超声波在空气中近似直线传用。例如，联合收割机

5、割台高度的自动调整、自动施播的原理，研发出一种作物高度自动测量装置;但需药设备喷头位置的控制等，都需要及时获得作物的高要专门的超声波发射设备和超声波传感器，测量结果度值来作为参考标准。易受温度因素的影响，需要进行温度补偿计算。现有的作物高度测量方法大体上可以分为人工!针对现有株高测量方法中所存在的问题，本文提法和基于图像处理方法两大类。人工方法是用卷尺、出一种基于网络摄像机的株高远程无损测量方法。游标卡尺等进行测量，虽然结果较为精确，但时费力，同时，基于三角测量原理，通过控制网络摄像机云台无法在作物的整个生长过程中实现连续监测。随着运动，计算光轴旋转角度，实现了摄像机视野中任意收稿日

6、期:2014－04－17作物高度的实时、无损、远程测量，并以玉米为研究对基金项目:“十二五”国家科技支撑计划项目(2011BAD29B08);中央象，验证了本文提出方法的有效性。高校基本科研业务费专项(QN2013056)作者简介:蒋普(1988－)，男，河南南阳人，硕士，(E－mail)prepare_uv@163．com。1测量原理通讯作者:耿楠(1971－)，男，陕西三原人，副教授，博士，(E－mail)nangeng@nwsuaf．edu．cn。本文研究的株高远程无损测量方法，采用三角测·68·2015年4月农机化研究第4期量原理，通过对网络摄像机传回的监控视频流进行操安装在

7、田间和大棚中的网络摄像机。根据安装地点作，实现株高在线实时测量。的不同，主要使用两种网络连接方式—无线网桥连接设网络摄像机安装高度为H，作物距摄像机的水和光纤直接接入。无线网桥选用EnGenius公司生产平距离为L，网络摄像机光轴从水平位置到植株顶端的EOC1650，采用采用IEEE802．11b/g/a的制式，支的旋转角度为θ1，网络摄像机光轴从植株顶端到底端持11、54Mbps传输带宽，无线传输覆盖范围为3km，的旋转角度为θ2，如图1所示。能够满足农