专利名称：便携式棉花病虫害检测系统及方法
技术领域：
本发明属于现代农业技术领域，尤其涉及便携式棉花病虫害检测系统及方法。
背景技术：
棉花是我国主要的经济作物，棉花病虫害是棉花生产中重要的危害之一。目前棉花病虫害的检测主要根据肉眼观察和经验，具有很强的主观性和局限性，在虫害初期难以分辨，而在虫害发生过程又难以检测其受损程度，容易错过最佳的防治时期。因此急需能快速进行棉花病虫害分析的检测系统。虽然，基于PC 机的检测系统，易于实现，但成本较高，体积大，不方便携带。经对现在的技术文献的检索发现，中国专利申请号为201010205469. 0，名称为作物病虫害信息诊断系统及方法。该诊断系统由基于ARM的采集端和诊断服务端，采集端采集作物病虫害信息并将其发送给诊断服务端，服务端通过无线通信网络接收采集端发送的作物病虫害信息，进行诊断并将诊断结果发送给采集端。该系统基于ARM的嵌入式系统采集端，能够实时定位采集、传输、诊断作物病虫害信息，但是，该系统的诊断工作依赖服务端，基于ARM的嵌入式系统不能独自完成病虫害的检测诊断工作，不能满足便携式要求。另经检测索发现，中国专利申请号为200920197780. 0名称为油菜核病热红外图像诊断系统。该诊断系统采用热红外成像技术和图像处理技术，利用油菜叶面上因菌核病坏死的病斑温度较正常叶面高的原理，对油菜菌核病的发病情况进行快速、准确、无损的分析诊断。但是，该系统仅用于特殊的场合，诊断对象单一，不能用于棉花病虫害种类的诊断，也未涉及对病虫害受损程度的检测方法。。
发明内容
本发明提供便携式棉花病虫害检测系统及方法，由嵌入式系统，集中在嵌入式系统内的软件系统，图像采集装置组成，其特征在于用户可以通过操作嵌入式系统，驱动摄像装置实时采集现场棉花病虫害图像信息，由嵌入式系统内的图像预处理软件对进行处理，提供病虫害特征；由嵌入式系统分析其特征，并与棉花病虫害特征参数进行比较，确定棉花病虫害类型；通过图像处理方法提取病虫害特征，分析其受害程度，将处理结果输出至嵌入式系统的显示器上。如不能得出相关结论或对分析结果有异议，可能通过嵌入式系统的网络通信功能上传上服务器，由专家对其分析。所述嵌入式系统是以应用为目的，软、硬件皆可裁剪的专业计算机系统，用于对棉花病虫害图像信息数据存储和数据处理。所述集中在嵌入式系统内的软件系统，包括操作系统软件、棉花病虫害检测软件；所述操作系统软件，用户用其管理该便携式棉花病虫害检测系统的软、硬件资源；所述棉花病虫害检测软件提取并分析棉花病虫害的特征，并判定该特征是否具有区分性，如果有区分性则取为特征，将特征值与预设的棉花病虫害特征参数匹配，实现对病虫害种类的诊断。所述图像采集装置，用于在现场创造一个无外界干扰的图像采集环境，并进行棉花病虫害图像全天候实时采集。所述棉花病虫害特征参数是通过相关理论和数据数据确定的棉花病虫害特征参数，用于与现场提取的棉花病虫害特征参数进行比较。所述图像预处理软件，可以实现的棉花病虫害图像的增强、复原等处理，最终棉花病虫害图像与其背景分割。所述图像处理方法，针对棉花病虫害进行处理，提取病害部分，计算受损率，并以作为检测棉花病虫害发生程度的指标。 本发明专利具有的有益效果是。(I)实现了棉花病虫害的快速分析和检测，具有实时性，减少病虫害检测对棉花病虫害的时间延误。(2)设计了棉花病虫害分析和检测仪器的便携式系统，分析检测方便。(3)设计的棉花病虫害检测软件，图形用户界面简洁、美观、易于操作，对用户相关知识要求不高。(4)采用机器视觉和图像处理技术，结合理论和实验数据进行智能检测分析，信息获取及分析更加准确，尤其在病虫害初期或轻微发病时，减少了人眼判断的主观性和局限性。(5)该棉花病虫害检测系统对棉花的病虫害的发生趋势有一定的预测能力。(6)该检测系统采用非接触式检测技术，对棉花的生长没任何损害。本发明主要用于棉花病虫害的种类和受害程度的无损检测和分析，分析快速、准确、简便。
图I棉花病虫害检测系统框图。图2棉花病虫害图像预处理方法。图3棉花病虫害种类识别特征的确定方法。图4棉花病虫害种类识别方法。图5棉花病虫害受害程度评价方法。
具体实施例方式如图I所示，该系统涉及的便携式棉花病虫害检测系统，由嵌入式系统，集中在嵌入式系统内的软件系统，图像采集装置等组成，所述集中在嵌入式系统内的软件系统，包括操作系统软件、棉花病虫害检测软件。用户可以将棉花病虫害叶片通过操作嵌入式系统的系统软件，驱动摄像装置实时采集现场棉花病虫害图像信息。由嵌入式系统内的图像预处理软件对进行处理，首先图像增强、复原等操作并去除背景，进一步对提供病虫害特征；图像预处理方法及步骤如图2所示。由嵌入式系统分析图像的统计特征，筛选能够区分病虫害种类的特征，如图3所示，将其与棉花病虫害特征参数进行比较，确定实时采集的图像信息属于哪种症状；如图4所示。
采用多种图像处理方法提取病虫害特征，将多种结果取平均，然后去除与均值偏差最大的结果，再取平均，将其作为特征与系统内的预设参数比较，分析其受害程度，并将 处理结果输出至嵌入式系统的显示器上。若处理结果有异议，可能通过嵌入式系统的网络通信功能上传至服务器，由专家对其进行分析，如图5所示。
权利要求
1.便携式棉花病虫害检测系统及方法，由嵌入式系统，集中在嵌入式系统内的软件系统，图像采集装置等组成；其特征在于用户可以通过操作嵌入式系统，驱动摄像装置实时采集棉花病虫害图像信息，由嵌入式系统内的图像预处理软件对进行处理，提取病虫害特征；再由嵌入式系统分析其特征，与棉花病虫害特征参数进行匹配，确定棉花病虫害类型；通过图像处理方法提取病虫害特征，分析其受害程度，并将处理结果输出至嵌入式系统的显示器上；若处理结果有异议，可以通过嵌入式系统的网络通信功能上传至服务器，由专家对其分析。
2.根据权利要求I所述的便携式棉花病虫害检测系统及方法，其特征在于所述的嵌入式系统是以应用为目的，软、硬件皆可裁剪的专业计算机系统，用于对存储和处理棉花病虫害图像信息数据。
3.根据权利要求I所述的便携式棉花病虫害检测系统及方法，其特征在于所述集中在嵌入式系统内的软件系统，包括操作系统软件、棉花病虫害检测软件；所述操作系统软件，用户用其管理该便携式棉花病虫害检测系统的软、硬件资源；所述棉花病虫害检测软件提取并分析棉花病虫害的特征，并判定该特征是否具有区分性，如果有区分性则取为特征，将特征值与预设的棉花病虫害特征参数匹配，实现对病虫害种类的诊断。
4.根据权利要求I所述的便携式棉花病虫害检测系统及方法，其特征在于所述图像采集装置，用于在现场创造一个无外界干扰的图像采集环境，并进行棉花病虫害图像全天候实时采集。
5.根据权利要求I所述的便携式棉花病虫害检测系统及方法，其特征在于所述棉花病虫害特征参数是通过相关理论和数据确定的棉花病虫害特征参数，用于与现场提取的棉花病虫害特征参数进行匹配。
6.根据权利要求I所述的便携式棉花病虫害检测系统及方法，其特征在于所述图像处理方法，对棉花病虫害进行处理，提取病害虫部分，计算受损率，作为检测棉花病虫害受害程度的指标。
全文摘要
本发明公开了便携式棉花病虫害检测系统及方法。由集中在嵌入式系统内的软件系统、嵌入式系统、图像采集装置组成。用户通过操作嵌入式系统，实时采集田间棉花病虫害图像信息，提取病虫害特征，并分析其特征；将其特征与棉花病虫害特征参数进行匹配，确定棉花病虫害类型；通过图像处理方法提取病虫害特征，最后分析其受害程度。将处理结果输出至嵌入式系统的显示器上。若处理结果有异议，可通过嵌入式系统的网络通信功能上传至服务器，由专家对其分析。本发明有效地解决了用户对棉花病虫害种类和其受害程度难诊断、难评估的问题。
文档编号G01N21/84GK102706877SQ201210183390
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月6日 优先权日2012年6月6日
发明者何青海, 李锋霞, 王丽丽, 瞿端阳, 陈琴刚, 马本学, 高国刚 申请人:石河子大学