[发明专利]一种有效的农作物生长环境监测系统

权利要求书

1.一种有效的农作物生长环境监测系统，其特征是，包括信息采集模块、控制器模块、信息传输模块和远程监控模块，所述信息采集模块用于采集农作物生长环境的数据信息和农作物生长环境的视频信息，信息传输模块通过无线传输方式将采集得到的农作物生长环境的数据信息和视频信息传输给远程监控模块，远程监控模块根据接收到的数据判断农作物生长环境的状况，并根据判断结果生成相应的操作指令，通过信息传输模块将操作指令传输给控制器模块，控制器模块根据接收到的指令进行相应的操作，所述信息采集模块包括用于采集农作物生长的数据信息的传感器采集单元和用于采集农作物生长的环境信息的视频采集单元，所述传感器采集单元包括用于监测土壤温度、土壤湿度和土壤PH值的传感器，所述视频采集单元用于采集农作物生长的地面环境的杂草图像和农作物生长的发育情况的图像，所述信息采集模块还包括图像处理单元，与视频采集单元相连，用于对视频采集单元采集得到的农作物生长环境的视频信息进行处理，所述图像处理单元包括图像筛选部分、图像裁剪部分和阴影去除部分，所述图像筛选部分用于对视频采集单元采集得到的图像中的含有信息量相似度极高的图像进行剔除，所述图像裁剪部分用于对剔除后的图像进行裁剪，所述阴影去除部分用于从裁剪后的图像中进行目标的检测，具体包括：

(1)利用背景减除法从裁剪后的图像中获取目标Q的图像,在Q上分割出目标部分的直方图和阴影部分的直方图，具体包括：

(a)计算目标Q中每个像素对应的灰度值J_i，设像素为A_i(r_i，g_i，b_i)，则其灰度值为：

式中，r_i，g_i，b_i分别为像素A_i的红色、绿色和蓝色色彩分量，a₁、a₂、a₃分别为r_i、g_i、b_i分量在灰度值计算时的权重，且满足a₁、a₂、a₃≥0，m为目标Q中像素点的总数；

(b)将获得的本征灰度值J_i按照下列公式进行处理；

(c)根据灰度值K_i建立直方图，确定其分组数为n，即将目标Q分为n个区间；

(d)每个分割点设为初始阈值，对每个阈值左右两边的直方图进行计算，具体为：

其中，k＝1，2……n，n为分组数，d_i为组i中的像素数，k为初始阈值；

(e)上述计算得到的R_k′所对应的初始阈值k即为最终阈值h；

(f)对阈值h左右两边的直方图进行计算，具体为：

其中，d_j为组j中的像素数，Q₁、Q₂分别为直方图的面积，n为直方图分组数，h为最终阈值；

(2)从接收到的裁剪后的图像中提取光照无关图，具体包括：

(a)获取裁剪后图像中每个像素所对应的r_j、g_j、b_j分量，设像素为P_j(r_j，g_j，b_j)，对三维向量进行降维，具体为：

式中，P_j＝(r_i，g_i，b_i)，s为图像中像素点总数；

(b)将降维后得到的向量进行投影处理，得到投影后的灰度值H_i，

(c)将获得的本征灰度值H_i按照下列公式进行处理；

(d)建立灰度值T_i的直方图，确定其分组数为f，且分组数f满足：

(e)根据建立的直方图计算信息熵q_θ，具体为：

式中，h_j为直方图组j中像素数，f为直方图分组数；

(f)从0到180度进行投影，获取每个角度投影得到的本征图，按照步骤(2)的(e)步骤计算本征图在每个角度θ的熵，从而求得最小熵q_θ′，具体为：

(g)最小熵q_θ′所对应的角度就是本征角θ′,其对应灰度图像即为目标的光照无关图；

(h)对光照无关图的直方图进行计算，具体为：

式中，h_j为直方图中组j的像素数，f为直方图的分组数，Q₃为直方图的面积；

(3)通过对直方图计算结果之间的对比，从而得到目标区间，具体包括：

定义目标区间的检验系数v如下：

v＝|Q_i-Q₃|(i＝1、2)

当v<0.054时，Q_i即为目标区间，否则，Q_i为阴影区间。