分布式移动农业病虫害信息采集与诊断系统及嵌入式相机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于数字图像处理的应用领域，具体涉及一种分布式环境下的农业病虫害信息采集与诊断系统及嵌入式相机。
【背景技术】
[0002]农业病虫害信息采集是测报的第一步，其实时性、准确性和智能化程度影响着病虫害测报的时效性、准确性和植保队伍的稳定。目前，全国农业重大病虫害测报信息的调查采集主要采取虫情测报灯观测、病虫观测场系统调查和农业现场普查相结合的方式获得，大部分数据都要通过测报技术人员深入农业现场调查计数，回到办公室整理后才能形成可上报的数据。由于农业病虫害测报的项目多、内容全、取样多，任务重、时间长，且工作待遇偏低，导致测报队伍不稳，测报数据不精确、不及时、不全面，具有很大的主观性，阻碍了重大病虫害监测预警能力的提高。现有的测报调查技术的研究和农业病虫害信息采集仪器的研制严重滞后，已成为阻碍测报工作发展的突出问题。由于农业病虫害图像能够客观的提供病虫害信息，许多研究人员致力于研究基于图像的农业病虫害智能识别和诊断技术在农业病虫害测报中的应用。但由于研究目的和研究对象的不同，其农业病虫害图像采集的手段和工具也不尽相同。①用数码相机或工业相机在田间或实验室来获取农业病虫害图像，目的是为了研究农业病虫害自动识别或诊断的算法，一般能获得较好的识别结果；数码相机仅仅是辅助拍摄病虫害图像的工具，作为农业现场病虫的测报工具仍有很多不便之处。②把网络摄像头架设在农业现场，通过有线或无线传输视频或图像到后台服务器，以便实时监测农业现场病虫害的发生情况。由于受通信成本、传输速率的影响，一般图像的分辨率不高，且整套系统价格较贵。另外，由于农业现场环境比较复杂，农业病虫害的识别、诊断和监测预警仍需要人工参与。③使用专用的便携式农业图像采集仪到农业现场进行病虫害图像的采集，但大部分图像传感器的分辨率较低，一般在500万像素以下，在复杂的农业环境背景下，用较低像素的图像来识别和诊断相似的病虫害和较小的害虫和病斑效果较差；这些便携式图像采集仪通过无线传输图像数据需要花费较多的通信资费，同时在服务器端处理来自多个采集仪的图像，加重了服务器运算负担，影响农业病虫害诊断的实时性。
[0003]在农业病虫害测报时，测报技术人员经常需要低头弯腰来调查发生在农作物茎基部的病虫害或踮脚抬头来调查果树病虫害，从而使测报技术人员容易感觉疲劳，工作效率低下，调查的数据容易出错和不准确，影响测报的实时性和准确性，大大降低了测报技术人员的积极性。但上述的这些图像采集设备无法使测报人员便捷地采集到人手和视线难以企及部位的病虫害图像。
【发明内容】
[0004]为实现上述目的，本发明提供一种分布式移动农业病虫害信息采集与诊断系统及嵌入式相机，所采用的技术方案是:
一种分布式移动农业病虫害信息采集与诊断系统，包括便携式图像采集终端和图像处理服务器，图像采集终端和服务器进行分布式运算，协同完成农业病虫害图像诊断任务；其中，所述的图像采集终端包括嵌入式相机、移动掌上设备和手持杆，嵌入式相机置于手持杆前段，嵌入式相机和移动掌上设备组建成局域网，移动掌上设备通过局域网同步浏览嵌入式相机所拍摄的场景，并控制嵌入式相机的拍摄；所述的嵌入式相机包括图像采集模块、JPEG编码模块、无线网卡控制模块、相机控制模块、H.264编码模块、RTSP/RTP视频传输模块、环境信息采集及写入模块、图像预处理模块和特征提取模块；所述的图像处理服务器包括农业病虫害诊断模块、农业病虫害信息记录模块和信息反馈模块。
[0005]所述的嵌入式相机内置GPU和CPU，所述的GPU运行所述的图像预处理和特征提取模块，(其余模块可以交由相机的CPU处理或者由GPU处理更多的模块)；服务器端通过无线网络接收来自嵌入式相机的数据包，服务器CPU根据数据包运行农业病虫害诊断模块、环境信息记录模块和信息反馈模块。
[0006]所述的图像采集模块通过调用Linux的V412图像编程接口及其扩展接口，依次完成图像采集设备的选择、图像采集设备的分辨率设定、嵌入式芯片ISP设备的输入分辨率、V4L2图像帧大小及缓冲帧队列的长度、采集图像的YUV格式、获取图像帧的地址映射模式步骤；在此基础上，打开V4L2图像流采集开关，并从图像帧缓冲队列内取出特定YUV格式图像帧数据，从而完成农业病虫害原始图像的采集；
所述的JPEG编码模块将开放源代码jpeglib编码库移植到嵌入式相机中，JPEG编码模块依次调用该编码库的初始化、参数设置、编码等函数完成对YUV图像的编码，完成对原始图像的JPEG编码；
所述的无线网卡控制模块实现WiFi网卡slave到master模式的切换、设置软App接入点名称及密码并启动App认证服务器、启动DHCP服务器、为接入移动掌上设备分配IP地址和设置本软App的路由转发规则功能。
[0007]所述的相机控制模块将在固定socket端口监听移动掌上设备App控制命令的到来，一旦收到移动掌上设备App的连接请求即建立专用于控制命令传输的TCP长连接，接收移动掌上设备发来的各种控制命令，并根据命令内容控制相机并发地执行相关操作；相机控制命令包括相机状态查询(包括SD卡余量、电池余量、GPS信息)、SD卡格式化、原始图像传输至移动掌上设备、拍照、时间设定和获得SD卡照片文件名列表。
[0008]所述的嵌入式相机中的H.264编码模块首先设定编码器的各项参数，包括输入图像的YUV格式、视频的分辨率、视频的帧率、关键帧出现的频率、编码器的比特率，再以这些配置好的参数打开编码器，然后将内存对齐的YUV图像数据输入编码器，最后执行编码器编码函数，完成对YUV图像的H.264编码，并在固定的地址空间上获得编码后的H.264视频帧数据；
所述的嵌入式相机中的RTSP/RTP视频传输模块构建一个符合标准RTSP/RTP实时流媒体传输协议的服务器来浏览嵌入式相机的拍摄场景，场景图像信息在经过H.264硬件编码器压缩后，即刻被与之共享内存的RTP发送模块获得，并根据该视频的长度及大小打包后发送给移动掌上设备APP播放。
[0009]所述的嵌入式相机中的环境信息采集及写入模块完成农业地理环境信息采集，包括GPS地理位置信息、农业环境的温湿度信息；GPS信息采集由定时器驱动完成，系统将定时的更新当前GPS的经度、玮度、速度、高度及GPS时钟信息，当系统完成了图像的JPEG编码后，GPS信息采集及写入模块将把当前的GPS信息遵照EXIF格式连同编码后的JPEG数据写入JPEG文件内。
[0010]所述的图像预处理模块根据不同的农业病虫害图像选择不同的预处理方法；所述的图像特征提取模块根据不同的农业病虫害图像提取不同的全局特征和局部特征，减小了通信信息量，减小了服务器端的负载，提高了农业病虫害信息的实时处理能力。
[0011]所述的移动掌上设备实现的功能模块主要包括播放器模块、视频和图片浏览器模块、网络模块和相机控制模块。
[0012]所述的服务器端的农业病虫害诊断模块包括农业病虫害的诊断模型和专家系统，当服务器通过无线网络接收来自每个图像采集端的嵌入式相机的数据包，提取数据包中的农业病虫害图像特征信息和农业地理环境信息，通过农业病虫害诊断模块实现农业病虫害的分析和诊断。
[0013]所述的服务器端的农业病虫害信息记录模块实现历史记录的存储与保持，将农业病虫害诊断模块的诊断结果与地理信息进行保存，主要记录的数据包括拍照时间、GPS地理信息、病虫类别以及数量、农业环境信息，实现历史信息的记录。
[0014]所述的服务器端的信息反馈模块将农业病虫害诊断结果和防治信息反馈到对应的移动掌上设备上。
[0015]—种分布式移动农业病虫害信息采集与诊断嵌入式相机，