作物图像远程采集与控制系统的设计与实现

摘要

随着农业信息化的进步，作物远程图像采集技术也有了很大发展。但现有的固定式作物图像采集系统多采用有线方式进行信息通讯，而作物多生长在较偏远的地方，难以实现有线通信，因此存在布线困难、适用范围有限、成本较高等缺点。本文针对这些问题进行研究，实现了一种采用无线网络远程获取作物各生长阶段图像的系统，将相机运动控制、信息远程传输、图像处理技术相结合，实现多角度、多位置采集作物精细生长图像和农田整体图像。以图片形式记录作物的生长过程，为作物生长情况的进一步研究提供相应数据，以便更好地管理作物生长的各个阶段。主要研究内容如下： （1）分析作物图像远程采集系统的需求，基于现有硬件结构和图像采集设备采用一种方便简单的方案，完成采集作物细节和整体长势图像的目标。通过设计图像采集设备在桁架上的运动方案来为获取目标图像提供先决条件，并将图像获取与图像处理技术结合起来，实现多类型作物图像的采集和管理。 （2）作物图像采集站点设计。站点采用4G网络相机获取作物图像，桁架作为相机的运动机构，分别采用两个步进电机实现相机在桁架的水平和垂直方向运动，云台实现相机的水平旋转运动。其中，步进电机控制模块是站点设计中的研究重点，选用STM32电路板、RS485接口、红外传感器等构成步进电机的运动控制与命令传输模块，并针对不同客户端对相机的运动需求，完成运动控制代码的编写。 （3）客户端软件的编写。采用C++语言编写软件，将OpenCV库、SQL Server数据库、相机的SDK包、数字图像处理技术等与相机运动模块的控制命令相结合，编写两种客户端软件，分别用于采集不同类型的图像。其中，专家端口通过远程控制相机在桁架上运动，并结合图像传输完成作物精细图像的采集；数据中心先将相机在桁架水平方向的运动控制命令与图像采集交互进行，获取一批有重叠部分的图像，再采用基于SIFT特征点的图像拼接算法完成图像拼接，实现监控区域内作物全景图像的采集。 （4）系统整体调试与分析。对客户端软件的运动控制模块与图像采集模块进行测试。通过在专家端口客户端点击操作按钮远程控制相机运动，点击抓图按钮来采集图像，测试其控制灵敏度。经多次测试，发现控制模块的延时不足1s，抓图模块的响应时间为2-3s，均为系统可接受的时间范围。通过在数据中心客户端设定采集时间，测试客户端能否稳定完成待拼接图像的采集以及监控区域全景图像的良好拼接。实验结果表明系统各功能均能较好实现，为今后基于作物图像的研究提供了一定的技术支持。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究的目的与意义

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.2.3 国内外研究现状总结

1.3 研究内容与技术路线

1.3.1 研究内容

1.3.2 技术路线

1.4 论文组织结构

第二章 系统整体方案设计

2.1 系统需求分析

2.2.1 系统结构设计

2.2.2 作物图像采集站点设计

2.2.3 专家端口软件设计

2.2.4 数据中心软件设计

2.3 本章小结

第三章 图像采集站点设计

3.1 站点结构设计

3.2 硬件设备

3.2.1 图像采集设备

3.2.2 485云台

3.2.3 步进电机及驱动器

3.2.4 步进电机控制模块

3.3 电机控制器软件实现

3.3.1 单片机控制电机方法选择

3.3.2 电机控制代码实现

3.3.3 电机控制代码调试

3.4 本章小结

第四章 客户端软件关键模块设计与实现

4.1 专家端口相机运动控制模块

4.1.1 云台和电机控制命令

4.1.2 相机运动控制流程及界面设计

4.2 专家端口图像采集与管理

4.2.1 图像采集

4.2.2 图像查看

4.3 数据中心待拼接图像获取模块

4.4 数据中心图像拼接

4.4.1 特征提取

4.4.2 特征点匹配

4.4.3 变换矩阵计算

4.4.4 图像融合

4.4.5 实验对比与分析

4.5 数据中心图像展示

4.6 客户端数据库设计

4.7 本章小结

第五章 系统测试与分析

5.1 系统测试环境

5.2 专家端口测试

5.2.1 用户登录界面

5.2.2 运动控制与图像采集

5.2.3 图像管理界面

5.3 数据中心测试

5.3.1 待拼接图像定时采集

5.3.2 图像拼接与展示

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

个人简历