[发明专利]一种苹果园产量测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及农林产品种植领域，尤其涉及一种苹果园产量测量方法。

背景技术

苹果是世界四大水果(苹果、葡萄、柑桔和香蕉)之首，由于具有丰富的营养价值和低热量而深受消费者的喜爱。为了迎合消费者这一需求以增产创收，加上苹果适宜栽植的面积广泛，果农们偏爱种植苹果这一作物，但是，如果未经过事前调研就使用太多的区域进行苹果种植，造成苹果产量过多，市场供过于求，就会形成苹果滞销局面，反而给果农带来经济损失。

为了协调苹果产量与消费者需求之间的供需关系，营造消费者和果农双赢的市场氛围，需要对实地的苹果园的苹果产量进行调研和评估，根据调研和评估结果和喜爱消费者的人数确定下季的苹果种植面积。现有技术中的苹果园产量测量系统或过于依赖人工，耗费了调研机构的大量人力成本和时间成本，或现场在苹果园进行基于图像处理的局部面积的苹果园产量测量，这种测量方式一方面无法根据苹果种类调整测量参数，同时图像处理技术过于简单，另一方面测量面积有限，无法从反映整个苹果园的苹果产量。

因此，需要一种苹果园产量测量方法，能够基于苹果种类的不同使用不同的图像处理参数，能够灵活、全面地测量整个苹果园的苹果产量，提高苹果园产量测量的准确性。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种苹果园产量测量方法，采用无人机作为测量平台，灵活、全面地测量各个苹果园的苹果产量，采用基于苹果种类的图像处理技术，提高苹果园产量测量的精度，同时有针对性的引入对比度增强、自适应递归滤波以及无线通信技术，实现苹果园产量的高效测量。

根据本发明的一方面，提供了一种苹果园产量测量方法，该方法包括：1)提供一种苹果园产量测量系统，所述测量系统位于无人机上，所述测量系统包括无人机驱动设备、航空摄像机、图像识别设备和ARM 11处理器，所述航空摄像机用于对苹果园拍摄以获得园区图像，所述图像识别设备与所述航空摄像机连接以对所述园区图像进行图像处理，识别出所述园区图像中的苹果种类，并基于所述苹果种类识别所述园区图像中的苹果总数，所述ARM 11处理器与所述无人机驱动设备连接以控制所述无人机驱动设备驱动所述无人机飞临苹果园正上方；2)使用所述系统进行测量。

更具体地，在所述苹果园产量测量系统中，还包括：移动硬盘，用于预先存储各个种类的苹果的基准图像模板，每一个种类的基准图像模板为对每一个种类的基准单株苹果预先拍摄所获得的图案，所述移动硬盘还预先存储了苹果树上限灰度阈值、苹果树下限灰度阈值、气压高度权重值和无线电高度权重值，所述苹果树上限灰度阈值和所述苹果树下限灰度阈值用于将图像中苹果树与图像背景分离；无线通讯设备，与远端的苹果产量研究平台建立双向的无线通信链路，用于接收所述苹果产量研究平台发送的飞行控制指令，所述飞行控制指令中包括苹果园正上方位置对应的目的GPS数据和目的拍摄高度，还用于将所述苹果种类无线发送给所述苹果产量研究平台，以无线接收所述苹果产量研究平台返回的与所述苹果种类对应的苹果果实上限灰度阈值和苹果果实下限灰度阈值，所述苹果上限灰度阈值和所述苹果果实下限灰度阈值用于将图像中对应苹果种类的苹果果实与图像背景分离；GPS定位设备，连接GPS导航卫星，用于接收无人机所在位置的实时GPS数据；气压高度传感器，用于根据无人机附近的气压变化，检测无人机所在位置的实时气压高度；无线电高度传感器，包括无线电发射机、无线电接收机和单片机，所述单片机与所述无线电发射机和所述无线电接收机分别连接，所述无线电发射机向地面发射无线电波，所述无线电接收机接收地面反射的无线电波，所述单片机根据所述无线电发射机的发射时间、所述无线电接收机的接收时间和无线电波传播速度计算无人机的实时无线电高度，所述无线电波传播速度为光速；所述航空摄像机为线阵数码航空摄影机，包括减震底架、前盖玻璃、镜头、滤镜和成像电子单元，用于对苹果园拍摄以获得园区图像；所述图像识别设备与所述航空摄像机和所述移动硬盘分别连接，包括对比度增强单元、自适应递归滤波单元、灰度化处理单元、苹果树识别单元和苹果果实识别单元，所述对比度增强单元、所述自适应递归滤波单元、所述灰度化处理单元、所述苹果树识别单元和所述苹果果实识别单元分别采用不同的FPGA芯片来实现，所述对比度增强单元与所述航空摄像机连接以对所述园区图像进行对比度增强处理，以获得增强图像，所述自适应递归滤波单元与所述对比度增强单元连接以对所述增强图像进行自适应递归滤波处理，以获得滤波图像，所述灰度化处理单元与所述自适应递归滤波单元连接，对所述滤波图像进行灰度化处理，以获得灰度化图像，所述苹果树识别单元与所述灰度化处理单元和所述移动硬盘分别连接，将所述灰度化图像中灰度值在所述苹果树上限灰度阈值和所述苹果树下限灰度阈值之间的像素识别并组成多个苹果树子图像，并选择一个苹果树子图像，将选择的苹果树子图像与所述移动硬盘中各个种类的苹果的基准图像模板进行匹配，输出匹配度最高的基准图像模板对应的种类作为所述园区图像中的苹果种类输出，所述苹果果实识别单元与所述灰度化处理单元和所述移动硬盘分别连接，将所述灰度化图像中灰度值在所述苹果果实上限灰度阈值和所述苹果果实下限灰度阈值之间的像素识别并组成多个苹果果实子图像，并将多个苹果果实子图像的数量作为所述园区图像中的苹果总数输出；所述ARM 11处理器与所述无人机驱动设备、所述无线通讯设备、所述GPS定位设备、所述气压高度传感器、所述无线电高度传感器、所述移动硬盘、所述航空摄像机和所述图像识别设备分别连接，基于实时气压高度、实时无线电高度、气压高度权重值和无线电高度权重值计算飞机实时高度，接收所述无线通讯设备转发的飞行控制指令，对所述飞行控制指令解析以获得苹果园正上方位置对应的目的GPS数据和目的拍摄高度，控制所述无人机驱动设备以驱动所述无人机飞往所述苹果园正上方位置，在所述飞机实时高度与所述目的拍摄高度匹配且所述实时GPS数据与所述目的GPS数据匹配时，进入苹果园产量测量模式，在所述飞机实时高度与所述目的拍摄高度不匹配或所述实时GPS数据与所述目的GPS数据不匹配时，进入苹果园寻找模式；其中，所述ARM 11处理器在苹果园产量测量模式中，启动所述航空摄像机和所述图像识别设备，将所述图像识别设备中苹果树识别单元输出的苹果种类转发给所述无线通讯设备，以获得所述无线通讯设备返回与所述苹果种类对应的苹果果实上限灰度阈值和苹果果实下限灰度阈值，并将与所述苹果种类对应的苹果果实上限灰度阈值和苹果果实下限灰度阈值存储到所述移动硬盘中，随后所述ARM 11处理器还接收所述园区图像中的苹果总数，将所述园区图像中的苹果总数通过所述无线通讯设备转发给所述苹果产量研究平台；其中，所述ARM 11处理器连接所述苹果果实识别单元，以在将所述苹果种类对应的苹果果实上限灰度阈值和苹果果实下限灰度阈值存储到所述移动硬盘之后，触发所述苹果果实识别单元的操作。