[发明专利]一种基于可见光-红外技术的树木植保系统及方法

权利要求书

1.一种基于可见光-红外技术的树木植保系统，其特征在于该系统包括行进装置、升降装置、减速旋转装置、图像采集处理装置和给药装置；行进装置承载升降装置、减速旋转装置、图像采集处理装置和给药装置，并提供行走动力；

所述减速旋转装置包括齿轮盒、轴承盖板、垂直齿轮轴、滚子轴承、水平圆锥齿轮、垂直圆锥齿轮、水平齿轮轴、水平隔套、电机箱和遮雨板；

所处齿轮盒和电机箱均固定在升降装置的上表面，在齿轮盒和电机箱的上表面固定遮雨板，用于保护电机箱及齿轮盒；所述齿轮盒内安装有水平齿轮轴和垂直齿轮轴，所述水平齿轮轴的中部安装有水平圆锥齿轮，水平齿轮轴的两端均通过滚子轴承及轴承盖板与齿轮盒的前后板连接，水平齿轮轴靠近电机箱的一端穿出齿轮盒，并与电机箱内的电机输出轴连接；所述垂直齿轮轴的一端连接垂直圆锥齿轮，且垂直圆锥齿轮与水平圆锥齿轮相啮合，垂直齿轮轴的另一端穿出齿轮盒的上板及遮雨板，并通过一个滚子轴承及轴承盖板与齿轮盒的上板固定；

所述给药装置包括护栏、药罐、营养液罐、药液导管、营养液管、远程开关阀、软管、套筒、喷药管、喷头和固定螺母；

所述护栏焊接在行走装置上表面上，药罐和营养液罐放置在护栏内，所述药罐和营养液罐分别通过药液导管和营养液管与远程开关阀的两个输入端连接；所述套筒套接在位于齿轮盒上方的垂直齿轮轴上，套筒的上端垂直连接喷药管；所述喷药管的一端连接喷头，另一端通过软管与远程开关阀的输出端连接；软管和喷药管的连接处通过固定螺母固定；

所述图像采集处理装置包括单片机处理器、三个CCD相机和一个用于检测叶片上是否有虫的红外相机，其中两个CCD相机用于双目识别标定，另一个CCD相机用于视觉寻迹；用于双目识别标定的两个CCD相机通过一对双目相机机架固定在升降装置上表面上，红外相机通过红外相机机架固定在所述一对双目相机机架中间的升降装置上；用于双目识别标定的两个CCD相机和红外相机的安装高度均与喷头的高度相匹配；用于视觉寻迹的CCD相机通过寻迹相机机架焊接在行走装置的上表面上，且位于行走装置的前部；所述单片机处理器固定在遮雨板下方的升降装置上，单片机处理器分别与三个CCD相机、一个红外相机、升降装置的动力元件、减速旋转装置的电机、远程开关阀及行进装置的动力元件电连接。

2.根据权利要求1所述的基于可见光-红外技术的树木植保系统，其特征在于所述行进装置包括车板、电源支撑板、支撑杆、直流电源、电机、主动轮、从动轮、车轴和车轮固定架；所述车板的下表面前后均通过相应的支撑杆连接有电源支撑板，电源支撑板的上表面放置直流电源，电源支撑板的下表面左右对称安装有车轮固定架，每个车轮固定架上均安装有一个车轮，相邻两个车轮之间通过车轴连接；在位于车板前方的两个车轮固定架上均安装有电机，电机与直流电源连接，电机所连接的车轮为主动轮，电机给相应的主动轮提供动力，位于车板后方的两个车轮为从动轮；车板的上表面承载升降装置、图像采集处理装置和给药装置。

3.根据权利要求1所述的基于可见光-红外技术的树木植保系统，其特征在于所述升降装置包括固定卡、支架杆、滚轮、转轴、液压缸、升降平台和蓄电池；多个支架杆相互交叉连接固定，同一高度上的两个支架杆通过转轴连接，支架杆相对转轴能够自由转动，位于最底层的两个支架杆上一端通过固定卡固定在行走装置的上表面上，另一端通过滚轮与行走装置的上表面滑动接触；位于最高层的两个支架杆上的结构与位于最底层的两个支架杆上的结构相同，一端通过相应的固定卡固定在升降平台下表面，另一端通过相应滚轮与升降平台下表面滑动接触；所述液压杆固定在行走装置上表面上，且液压缸的缸杆固定在最底层的转轴与相对的最上层的转轴之间，所述蓄电池为液压缸供电；减速旋转装置安装在升降平台上。

4.一种基于可见光-红外技术的树木植保方法，该方法使用权利要求1-3任一所述的系统，具体步骤是：

第一步，在待给药的植物区域的地面上设置白线，行进装置承载升降装置、减速旋转装置、图像采集处理装置及给药装置根据视觉寻迹的方式行进，行进的路线以白线做引导线，通过用于视觉寻迹的CCD相机采集对路面白线轨迹信息，并将路面检测信号反馈给单片机处理器，单片机处理器对采集到的信号进行分析并控制行走装置的主动轮的转速；

第二步，在行进中，使用用于双目识别标定的两个CCD相机实时采集整体图像，并通过基于轮廓的匹配算法判断为树木图像时，行进装置停止移动，用于双目识别标定的CCD相机再次采集树木图像，单片机处理器对采集到的树木图像进行去噪处理，然后将去噪后的树木图像进行颜色阈值分割，设定颜色阈值，将前景图和背景图分开，对前景图进行RGB数值分析，识别判断植物是否正常或患病；与此同时，红外相机也在工作，采用热成像技术分析虫类散发的热辐射，设定红外阈值，通过分割算法，判断否有虫害；然后再应用双目视觉原理，标定定位病变或发虫区域，将用于双目识别标定的两个CCD相机和用于检测叶片上是否有虫的红外相机检测到的信号传递给单片机处理器；由单片机处理器控制升降装置的升降和减速旋转装置的转动，判断给药方式后，发送给药信号给远程开关阀，远程开关阀控制药罐和营养液罐的开关状态，从而对树木进行选择性喷撒。