車載農(nóng)藥自動噴灑系統(tǒng)本發(fā)明是申請?zhí)枮?01410483787.1、申請日為2014年9月20日、發(fā)明名稱為“車載農(nóng)藥自動噴灑系統(tǒng)”的專利的分案申請。技術領域本發(fā)明涉及農(nóng)藥噴灑管理領域，尤其涉及一種車載農(nóng)藥自動噴灑系統(tǒng)。

背景技術：
農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常使用農(nóng)藥對農(nóng)作物進行噴灑，殺死農(nóng)作物上的害蟲，以保障農(nóng)作物的正常生長。農(nóng)藥的使用為農(nóng)業(yè)的豐收起到了積極作用，但現(xiàn)實中，農(nóng)藥的噴灑狀況令人擔憂。當前的農(nóng)藥噴灑過于粗放，例如，僅僅針對田地面積確定農(nóng)藥噴灑的劑量，而沒有根據(jù)田中農(nóng)作物的生長狀況制定因地制宜的噴灑方案，導致一些農(nóng)作物生長旺盛的地方，噴灑的農(nóng)藥相對不足，難以滿足完全殺蟲的效果，而在一些農(nóng)作物生長緩慢的地方，噴灑的農(nóng)藥相對過多，直接影響了農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質，還對田地造成嚴重的化學污染。同時，人工噴灑的模式仍然是農(nóng)藥噴灑的主要手段，這種模式過度依靠操作人員的經(jīng)驗，科學程度不高，容易造成農(nóng)藥的濫用，另外，人工模式的勞動強度大，操作人員直接接觸農(nóng)藥，人身極易受到農(nóng)藥的傷害，最主要的是，這種模式是通過操作人員緩慢前進來推動農(nóng)藥的噴灑，噴灑效率不高。因此，需要一種新的農(nóng)藥噴灑的技術方案，能夠實時獲取被噴灑區(qū)域的農(nóng)作物生長狀況，根據(jù)農(nóng)作物生長狀況確定噴灑的劑量，自動控制農(nóng)藥噴灑設備的噴灑，而且能夠采用機械推進的方式，提高農(nóng)藥噴灑的效率。

技術實現(xiàn)要素：
為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種車載農(nóng)藥自動噴灑系統(tǒng)，通過引入攝像裝置對農(nóng)田實際狀況進行拍攝，引入多種圖像處理裝置對農(nóng)田圖像進行圖像平移、劃分、濾波和分析，基于綠色像素數(shù)量占據(jù)圖像總像素的比例，確定農(nóng)藥的噴灑劑量，控制噴灑設備自動進行噴灑，本發(fā)明的噴灑系統(tǒng)設置在車載平臺上，極大地提高了農(nóng)藥的噴灑效率，適合大面積的農(nóng)藥噴灑，另外，本發(fā)明還避免操作人員與農(nóng)藥噴灑系統(tǒng)直接接觸，保障操作人員的身心健康不受損壞。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種車載農(nóng)藥自動噴灑系統(tǒng)，所述噴灑系統(tǒng)包括車尾噴灑固定桿、攝像機、農(nóng)藥噴頭和ARM10處理器，所述攝像機和所述農(nóng)藥噴頭都固定在所述車尾噴灑固定桿的同一高度上且水平相距預設距離，所述攝像機用于拍攝車后農(nóng)田圖像，所述農(nóng)藥噴頭用于對車后農(nóng)田噴灑農(nóng)藥，所述ARM10處理器用于基于所述車后農(nóng)田圖像控制所述農(nóng)藥噴頭的噴灑速率。更具體地，所述車載農(nóng)藥自動噴灑系統(tǒng)還包括用戶輸入設備，用于根據(jù)用戶的輸入，設定第一比例閾值、第二比例閾值和剩余農(nóng)藥閾值；存儲設備，預存所述預設距離，連接所述用戶輸入設備以接收并存儲所述第一比例閾值、所述第二比例閾值和所述剩余農(nóng)藥閾值，還預存比例速率對照表，所述比例速率對照表列舉了圖像中綠色比例與所述農(nóng)藥噴頭的噴灑速率的一一對照關系，所述綠色比例為圖像中綠色像素數(shù)量占據(jù)總像素數(shù)量的比例；圖像平移設備，連接所述攝像機以獲得所述車后農(nóng)田圖像，根據(jù)所述預設距離從所述攝像機向所述農(nóng)藥噴頭一側平移所述車后農(nóng)田圖像，并從平移后的圖像中切除平移出所述車后農(nóng)田圖像輪廓的圖像部分，以獲得噴灑區(qū)域圖像；圖像劃分設備，連接所述圖像平移設備以接收所述噴灑區(qū)域圖像，計算所述噴灑區(qū)域圖像中每一個像素的綠色分量值在亮度值中所占的比例數(shù)值，當所述比例數(shù)值大于所述第一比例閾值時，所述比例數(shù)值對應的像素為綠色像素，當所述比例數(shù)值小于等于所述第一比例閾值時，所述比例數(shù)值對應的像素為非綠色像素，基于綠色像素和非綠色像素將所述噴灑區(qū)域圖像二值化，以輸出二值化噴灑圖像；圖像濾波設備，連接所述圖像劃分設備以接收所述二值化噴灑圖像，基于二維小波濾波算法對所述二值化噴灑圖像濾波，以獲得二值化平滑噴灑圖像；流量控制器，連接所述存儲設備，用于實時控制所述農(nóng)藥噴頭的噴灑速率；噴灑電磁換向閥，位于所述流量控制器和所述農(nóng)藥噴頭之間，用于控制所述農(nóng)藥噴頭的開關；農(nóng)藥儲存容器，連接所述農(nóng)藥噴頭，用于容納當?shù)剞r(nóng)業(yè)局管理平臺預先調制的農(nóng)藥；農(nóng)藥剩余容量檢測器，位于所述農(nóng)藥儲存容器中，通過檢測剩余農(nóng)藥在所述農(nóng)藥儲存容器中的高度，計算農(nóng)藥剩余容量；供電設備，用于為所述噴灑系統(tǒng)內(nèi)除了所述供電設備以外的電子設備提供電力供應，并在所述ARM10處理器的控制下對所述噴灑系統(tǒng)執(zhí)行電源管理；所述ARM10處理器與所述圖像濾波設備、所述流量控制器、所述噴灑電磁換向閥、所述農(nóng)藥剩余容量檢測器和所述供電設備分別連接，計算所述二值化平滑噴灑圖像中的綠色比例，當所述綠色比例大于所述第二比例閾值時，輸出啟動農(nóng)藥噴灑信號并輸出所述綠色比例，當所述綠色比例小于等于所述第二比例閾值時，輸出停止農(nóng)藥噴灑信號；所述ARM10處理器還在接收到的所述農(nóng)藥剩余容量小于等于所述剩余農(nóng)藥閾值時，輸出農(nóng)藥不足報警信號；顯示設備，與所述ARM10處理器連接，用于實時顯示與所述啟動農(nóng)藥噴灑信號、所述停止農(nóng)藥噴灑信號或所述農(nóng)藥不足報警信號對應的文字信息，還用于實時顯示所述綠色比例和所述農(nóng)藥剩余容量；無線通訊接口，與所述ARM10處理器連接，用于向所述當?shù)剞r(nóng)業(yè)局管理平臺無線輸出與所述啟動農(nóng)藥噴灑信號、所述停止農(nóng)藥噴灑信號或所述農(nóng)藥不足報警信號對應的文字信息，還用于向所述當?shù)剞r(nóng)業(yè)局管理平臺無線輸出所述綠色比例和所述農(nóng)藥剩余容量；其中，所述流量控制器在接收到所述啟動農(nóng)藥噴灑信號后，基于所述綠色比例在所述比例速率對照表中查找與所述綠色比例對應的噴灑速率并作為所述農(nóng)藥噴頭的噴灑速率，所述流量控制器在接收到所述停止農(nóng)藥噴灑信號，停止工作；所述噴灑電磁換向閥在接收到所述啟動農(nóng)藥噴灑信號后，打開所述農(nóng)藥噴頭，在接收到所述停止農(nóng)藥噴灑信號后，關閉所述農(nóng)藥噴頭。更具體地，所述車載農(nóng)藥自動噴灑系統(tǒng)中，所述噴灑系統(tǒng)還包括語音報警設備，連接所述ARM10處理器，用于播放與所述啟動農(nóng)藥噴灑信號、所述停止農(nóng)藥噴灑信號或所述農(nóng)藥不足報警信號對應的語音文件。更具體地，所述車載農(nóng)藥自動噴灑系統(tǒng)中，所述語音報警設備為揚聲器。更具體地，所述車載農(nóng)藥自動噴灑系統(tǒng)中，所述用戶輸入設備、所述存儲設備、所述圖像平移設備、所述圖像劃分設備、所述圖像濾波設備、所述ARM10處理器、所述供電設備、所述顯示設備和所述無線通訊接口都位于車輛的前端儀表盤內(nèi)，所述流量控制器、所述噴灑電磁換向閥、所述農(nóng)藥儲存容器和所述農(nóng)藥剩余容量檢測器都位于車尾。更具體地，所述車載農(nóng)藥自動噴灑系統(tǒng)中，所述無線通訊接口通過GPRS移動通信網(wǎng)絡、3G移動通信網(wǎng)絡或4G通信網(wǎng)絡與所述當?shù)剞r(nóng)業(yè)局管理平臺實現(xiàn)雙向無線通信鏈路連接。更具體地，所述車載農(nóng)藥自動噴灑系統(tǒng)中，所述ARM10處理器還與所述攝像機連接，以控制所述攝像機定時拍攝車后農(nóng)田圖像。附圖說明以下將結合附圖對本發(fā)明的實施方案進行描述，其中：圖1為根據(jù)本發(fā)明實施方案示出的車載農(nóng)藥自動噴灑系統(tǒng)的結構方框圖。具體實施方式下面將參照附圖對本發(fā)明的車載農(nóng)藥自動噴灑系統(tǒng)的實施方案進行詳細說明?，F(xiàn)有技術的農(nóng)藥噴灑建立在人工噴灑模式的基礎上，進度緩慢，噴灑模式不夠精細，對操作人員的人身造成危害，已經(jīng)不能滿足大面積農(nóng)作物種植的需求，不能滿足以人為本的人文關懷的需求。需要一種農(nóng)藥自動噴灑模式，替代現(xiàn)有的人工噴灑模式，為農(nóng)田的耕作者和農(nóng)業(yè)管理部門提供方面。研究農(nóng)藥自動噴灑系統(tǒng)的目的是以旱田作物，例如棉花、小麥和玉米，為施藥目標，實時采集目標狀態(tài)圖像，利用圖像處理技術對圖像進行分析與處理，對何時噴灑農(nóng)藥、噴灑多少劑量的農(nóng)藥做出科學決策并自動控制完成施藥作業(yè)，最終設計并建立出一套適用于大面積農(nóng)田農(nóng)藥噴灑的智能化機器系統(tǒng)，運用嵌入式控制系統(tǒng)為農(nóng)藥噴灑的準確、高效、低耗、減少污染提供有力的理論和技術支持。本發(fā)明的車載農(nóng)藥自動噴灑系統(tǒng)，以車輛為平臺，期望實現(xiàn)以下功能：通過視覺分析系統(tǒng)完成對當前農(nóng)田圖像的采集及處理，判斷在自然光照射條件下所攝取的圖像中是否有綠色植物，以及如果有，綠色植物在攝取圖像中的覆蓋面積是多少，從而控制農(nóng)藥的自動噴灑動作。圖1為根據(jù)本發(fā)明實施方案示出的車載農(nóng)藥自動噴灑系統(tǒng)的結構方框圖，如圖1所示，所述車載農(nóng)藥自動噴灑系統(tǒng)包括車尾噴灑固定桿、攝像機1、農(nóng)藥噴頭2、供電設備3、ARM10處理器4、無線通信接口5，所述攝像機1和所述農(nóng)藥噴頭2都固定在所述車尾噴灑固定桿的同一高度上且水平相距預設距離，所述攝像機1用于拍攝車后農(nóng)田圖像，所述農(nóng)藥噴頭2用于對車后農(nóng)田噴灑農(nóng)藥，所述ARM10處理器4用于基于所述車后農(nóng)田圖像控制所述農(nóng)藥噴頭的噴灑速率，所述無線通信接口5通過雙向無線通信鏈路與當?shù)剞r(nóng)業(yè)局管理平臺6無線連接，其中，所述ARM10處理器4與所述攝像機1、所述農(nóng)藥噴頭2、所述供電設備3和所述無線通信接口5分別連接。接著，對本發(fā)明的車載農(nóng)藥自動噴灑系統(tǒng)進行更具體的說明。所述車載農(nóng)藥自動噴灑系統(tǒng)還包括用戶輸入設備，用于根據(jù)用戶的輸入，設定第一比例閾值、第二比例閾值和剩余農(nóng)藥閾值；存儲設備，預存所述預設距離，連接所述用戶輸入設備以接收并存儲所述第一比例閾值、所述第二比例閾值和所述剩余農(nóng)藥閾值，還預存比例速率對照表，所述比例速率對照表列舉了圖像中綠色比例與所述農(nóng)藥噴頭的噴灑速率的一一對照關系，所述綠色比例為圖像中綠色像素數(shù)量占據(jù)總像素數(shù)量的比例。所述車載農(nóng)藥自動噴灑系統(tǒng)還包括圖像平移設備，連接所述攝像機以獲得所述車后農(nóng)田圖像，根據(jù)所述預設距離從所述攝像機向所述農(nóng)藥噴頭一側平移所述車后農(nóng)田圖像，并從平移后的圖像中切除平移出所述車后農(nóng)田圖像輪廓的圖像部分，以獲得噴灑區(qū)域圖像；圖像劃分設備，連接所述圖像平移設備以接收所述噴灑區(qū)域圖像，計算所述噴灑區(qū)域圖像中每一個像素的綠色分量值在亮度值中所占的比例數(shù)值，當所述比例數(shù)值大于所述第一比例閾值時，所述比例數(shù)值對應的像素為綠色像素，當所述比例數(shù)值小于等于所述第一比例閾值時，所述比例數(shù)值對應的像素為非綠色像素，基于綠色像素和非綠色像素將所述噴灑區(qū)域圖像二值化，以輸出二值化噴灑圖像；圖像濾波設備，連接所述圖像劃分設備以接收所述二值化噴灑圖像，基于二維小波濾波算法對所述二值化噴灑圖像濾波，以獲得二值化平滑噴灑圖像。所述車載農(nóng)藥自動噴灑系統(tǒng)還包括流量控制器，連接所述存儲設備，用于實時控制所述農(nóng)藥噴頭的噴灑速率；噴灑電磁換向閥，位于所述流量控制器和所述農(nóng)藥噴頭之間，用于控制所述農(nóng)藥噴頭的開關；農(nóng)藥儲存容器，連接所述農(nóng)藥噴頭，用于容納當?shù)剞r(nóng)業(yè)局管理平臺預先調制的農(nóng)藥；農(nóng)藥剩余容量檢測器，位于所述農(nóng)藥儲存容器中，通過檢測剩余農(nóng)藥在所述農(nóng)藥儲存容器中的高度，計算農(nóng)藥剩余容量。所述供電設備3，用于為所述噴灑系統(tǒng)內(nèi)除了所述供電設備3以外的電子設備提供電力供應，并在所述ARM10處理器4的控制下對所述噴灑系統(tǒng)執(zhí)行電源管理。所述ARM10處理器4與所述圖像濾波設備、所述流量控制器、所述噴灑電磁換向閥和所述農(nóng)藥剩余容量檢測器分別連接，計算所述二值化平滑噴灑圖像中的綠色比例，當所述綠色比例大于所述第二比例閾值時，輸出啟動農(nóng)藥噴灑信號并輸出所述綠色比例，當所述綠色比例小于等于所述第二比例閾值時，輸出停止農(nóng)藥噴灑信號；所述ARM10處理器4還在接收到的所述農(nóng)藥剩余容量小于等于所述剩余農(nóng)藥閾值時，輸出農(nóng)藥不足報警信號。所述車載農(nóng)藥自動噴灑系統(tǒng)還包括顯示設備，與所述ARM10處理器4連接，用于實時顯示與所述啟動農(nóng)藥噴灑信號、所述停止農(nóng)藥噴灑信號或所述農(nóng)藥不足報警信號對應的文字信息，還用于實時顯示所述綠色比例和所述農(nóng)藥剩余容量。所述無線通訊接口5，與所述ARM10處理器4連接，用于向所述當?shù)剞r(nóng)業(yè)局管理平臺6無線輸出與所述啟動農(nóng)藥噴灑信號、所述停止農(nóng)藥噴灑信號或所述農(nóng)藥不足報警信號對應的文字信息，還用于向所述當?shù)剞r(nóng)業(yè)局管理平臺無線輸出所述綠色比例和所述農(nóng)藥剩余容量。其中，所述流量控制器在接收到所述啟動農(nóng)藥噴灑信號后，基于所述綠色比例在所述比例速率對照表中查找與所述綠色比例對應的噴灑速率并作為所述農(nóng)藥噴頭的噴灑速率，所述流量控制器在接收到所述停止農(nóng)藥噴灑信號，停止工作；所述噴灑電磁換向閥在接收到所述啟動農(nóng)藥噴灑信號后，打開所述農(nóng)藥噴頭，在接收到所述停止農(nóng)藥噴灑信號后，關閉所述農(nóng)藥噴頭。所述車載農(nóng)藥自動噴灑系統(tǒng)中，所述噴灑系統(tǒng)還可以包括語音報警設備，連接所述ARM10處理器4，用于播放與所述啟動農(nóng)藥噴灑信號、所述停止農(nóng)藥噴灑信號或所述農(nóng)藥不足報警信號對應的語音文件，所述語音報警設備可選為揚聲器，所述用戶輸入設備、所述存儲設備、所述圖像平移設備、所述圖像劃分設備、所述圖像濾波設備、所述ARM10處理器4、所述供電設備3、所述顯示設備和所述無線通訊接口5都位于車輛的前端儀表盤內(nèi)，所述流量控制器、所述噴灑電磁換向閥、所述農(nóng)藥儲存容器和所述農(nóng)藥剩余容量檢測器都位于車尾，所述無線通訊接5通過GPRS移動通信網(wǎng)絡、3G移動通信網(wǎng)絡或4G通信網(wǎng)絡與所述當?shù)剞r(nóng)業(yè)局管理平臺6實現(xiàn)雙向無線通信鏈路連接，所述ARM10處理器4還與所述攝像機1連接，以控制所述攝像機1定時拍攝車后農(nóng)田圖像。另外，作為SOC(SystemOnChip)的典型應用，手持電話、機頂盒、數(shù)碼像機、GPS、個人數(shù)字助理以及因特網(wǎng)設備等產(chǎn)品的市場需求越來越大。目前，基于ARM的處理器以其高速度、低功耗等諸多優(yōu)異的性能而成為上述各類產(chǎn)品中選用較多的處理器。ARM處理器分為ARM7、ARM9、ARM10以及StrongARM等幾類，其中每一類又根據(jù)其各自包含的功能模塊而分成多種構成。ARM7處理器采用ARMV4T(Newman)結構，分為三級流水，空間統(tǒng)一的指令與數(shù)據(jù)Cache，平均功耗為0.6mW/MHz，時鐘速度為66MHz，每條指令平均執(zhí)行1.9個時鐘周期。其中的ARM710，ARM720和ARM740為內(nèi)帶Cache的ARM核。ARM9處理器，采用ARMV4T(Harvard)結構，五級流水處理以及分離的Cache結構，,平均功耗為0.7mW/MHz，時鐘速度為120MHz-200MHz，每條指令平均執(zhí)行1.5個時鐘周期。與ARM7系列相似，其中的ARM920、ARM940和ARM9E為含Cache的CPU核，性能為132MIPS(120MHz時鐘，3.3V供電)或220MIPS(200MHz時鐘)。ARM10處理器，采用ARMV5T結構，六級流水處理，指令與數(shù)據(jù)分離的Cache結構，平均功耗為1000mW，時鐘速度為300MHz，每條指令平均執(zhí)行1.2個周期，其中ARM1020為帶Cache的版本。ARM的硬件開發(fā)工具主要包括兩類仿真器，一是JTAG仿真器，二是全功能在線仿真器。前者是利用ARM處理器中的調試模塊的功能，通過其JTAG邊界掃描口來與仿真器連接，這種方式的仿真器比較便宜，連接比較方便，但由于僅通過十幾條線來調試，因而功能有局限。目前ARM處理器的JTAG仿真器在市場上比較流行的是EPI公司的JEENI和MAJIC,著名的德國Lauterbach公司有一款通用JTAG/BDM/ONCE仿真器TRACE32-ICD也能夠很好的支持ARM系列處理器。對于全功能在線仿真器來說，由于其信真頭完全取代目標板上的CPU，因而功能非常強大。但這類仿真器為了能夠全速仿真時鐘速度高于100MHz的處理器，通常必須采用極其復雜的設計和工藝，因而其價格比較昂貴。另外，小波濾波器是基于小波變換的濾波器，與Fourier變換相比，小波變換是空間(時間)和頻率的局部變換，因而能有效地從信號中提取信息。通過伸縮和平移等運算功能可對函數(shù)或信號進行多尺度的細化分析，解決了Fourier變換不能解決的許多困難問題。小波變換聯(lián)系了應用數(shù)學、物理學、計算機科學、信號與信息處理、圖像處理、地震勘探等多個學科。數(shù)學家認為，小波分析是一個新的數(shù)學分支，它是泛函分析、Fourier分析、樣條分析、數(shù)值分析的完美結晶；信號和信息處理專家認為，小波分析是時間-尺度分析和多分辨分析的一種新技術，它在信號分析、語音合成、圖像識別、計算機視覺、數(shù)據(jù)壓縮、地震勘探、大氣與海洋波分析等方面的研究都取得了有科學意義和應用價值的成果。信號分析的主要目的是尋找一種簡單有效的信號變換方法，使信號所包含的重要信息能顯現(xiàn)出來。小波分析屬于信號時頻分析的一種，在小波分析出現(xiàn)之前，傅立葉變換是信號處理領域應用最廣泛、效果最好的一種分析手段。傅立葉變換是時域到頻域互相轉化的工具，從物理意義上講，傅立葉變換的實質是把這個波形分解成不同頻率的正弦波的疊加和。正是傅立葉變換的這種重要的物理意義，決定了傅立葉變換在信號分析和信號處理中的獨特地位。傅立葉變換用在兩個方向上都無限伸展的正弦曲線波作為正交基函數(shù)，把周期函數(shù)展成傅立葉級數(shù)，把非周期函數(shù)展成傅立葉積分，利用傅立葉變換對函數(shù)作頻譜分析，反映了整個信號的時間頻譜特性，較好地揭示了平穩(wěn)信號的特征。小波變換是一種新的變換分析方法，它繼承和發(fā)展了短時傅立葉變換局部化的思想，同時又克服了窗口大小不隨頻率變化等缺點，能夠提供一個隨頻率改變的“時間-頻率”窗口，是進行信號時頻分析和處理的理想工具。它的主要特點是通過變換能夠充分突出問題某些方面的特征，因此，小波變換在許多領域都得到了成功的應用，特別是小波變換的離散數(shù)字算法已被廣泛用于許多問題的變換研究中。從此，小波變換越來越引起人們的重視，其應用領域來越來越廣泛。采用本發(fā)明的車載農(nóng)藥自動噴灑系統(tǒng)，針對現(xiàn)有農(nóng)藥人工噴灑模式自動化水平低、對農(nóng)田和操作人員易造成損害的技術問題，借用車輛作為農(nóng)藥運輸和噴灑平臺，對實時拍攝的農(nóng)作物圖像進行分析，判斷當前農(nóng)作物所需的農(nóng)藥劑量，自動進行農(nóng)藥噴灑，避免了人工操作，加快了農(nóng)藥噴灑速度，從而更適用于大面積農(nóng)田的快速噴藥?？梢岳斫獾氖牵m然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，然而上述實施例并非用以限定本發(fā)明。對于任何熟悉本領域的技術人員而言，在不脫離本發(fā)明技術方案范圍情況下，都可利用上述揭示的技術內(nèi)容對本發(fā)明技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案保護的范圍內(nèi)。