一种可远程控制的智能园林绿化养护方法及系统与流程

1.本发明属于绿化灌溉领域，具体涉及一种可远程控制的智能园林绿化养护方法及系统。


背景技术：

2.园林绿化是在一定的地域运用工程技术和艺术手段，通过改造地形(或进一步筑山、叠石、理水)种植树木花草、营造建筑和布置园路等途径创作而成的美的自然环境和游憩境域，就称为园林，园林包括庭园、宅园、小游园、花园、公园、植物园、动物园等，随着园林学科的发展，还包括森林公园、风景名胜区、自然保护区或国家公园的游览区以及休养胜地。
3.现有的绿化方式一般是通过设置在地上的灌溉装置对园林进行喷淋，从而起到灌溉的作用，一般采用定时灌溉或者人工查看现场是否需要灌溉，然后再由工人控制灌溉设备开启。
4.然而对于一些需要夜间灌溉的场景现有的方式无法很好的满足需求，并且浪费人力资源，此外传统的湿度检测方式都是通过采集土壤的水分含量或者直接采集植被温度的方式来确定植被是否缺水，上述方式并不是直接获取湿度数据，存在误差。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种可远程控制的智能园林绿化养护方法及系统。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
6.一种可远程控制的智能园林绿化养护方法，包括：
7.响应于远程端的控制信号采集预设区域中的多个热红外图像组，其中每个热红外图像组包括三组不同波段的热红外图像，所述三组不同波段为近红外波段、中红外波段和远红外波段；
8.根据多个所述热红外图像组确定目标图像组；
9.根据三个不同波段的目标图像得到待检测目标的湿度信息；
10.根据湿度信息控制喷淋装置开启或关闭以对预设区域进行喷淋。
11.在一个具体实施方式中，根据多个所述热红外图像组确定目标图像组，包括：
12.从每个所述热红外图像中各选择一个相同波段的图像，并提取图像中的像素点，得到像素点集；
13.将每个所述相同波段的图像等分为16个矩形，分别计算中间4个矩形中每个像素灰度值的第一平均值和外围13个矩形中每个像素灰度值的第二平均值；
14.当所述第一平均值和所述第二平均值满足预设条件时，将该像素点集作为目标点集；
15.判断任意两个目标点集的交并比，选择交并比最大的目标点集对应的热红外图像组作为目标图像组。
16.在一个具体实施方式中，所述预设条件为：
17.当满足条件时，所述目标窗口中的像素点为目标像素点；反之，则所述目标窗口中的像素点不是目标像素点；
18.其中，μr表示所述第二平均值，μi表示所述第一平均值，δi表示中间4个矩形中所有像素灰度值的标准差，α表示环境因子，φ-1
(α)为逆高斯分布。
19.在一个具体实施方式中，根据三个不同波段的目标图像得到待检测目标的湿度信息，包括：
20.根据三个不同波段的目标图像得到不同波段的待测目标的温度和三个不同波段的热图像的灰度值以根据所述三个不同波段的热图像的灰度值生成三个光谱响应函数；
21.根据三个所述光谱响应函数得到三个光谱反射率；
22.根据三个光谱反射率得到全波段光谱反射率，以根据所述全波段光谱反射率得到待检测目标的湿度信息。
23.在一个具体实施方式中，根据所述三个不同波段的热图像的灰度值生成三个光谱响应函数，包括：
24.将所述待测目标的温度代入普朗克计算公式得到辐射出射度并将所述辐射出射度转换为辐射亮度；
25.根据所述辐射亮度和所述三个不同波段的热图像的灰度值得到三个不同波段的响应函数。
26.在一个具体实施方式中，根据三个不同波段的响应函数得到三个光谱反射率的公式为：
[0027][0028]
其中，r
nir
、r
mir
和r
fir
分别表示近红外波段、中红外波段和远红外波段的光谱反射率，q
nir
、q
mir
和q
fir
分别表示近红外波段、中红外波段和远红外波段的响应函数，q
+
为q矩阵的伪逆矩阵，i
[a,b]
、i
[b,c]
和i
[c,d]
分别表示近红外波段、中红外波段和远红外波段的灰度响应值，[a,b]表示近红外波段的波段范围，[b,c]表示中红外波段的波段范围，[c,d]表示远红外波段的波段范围。
[0029]
本发明同时提供了一种可远程控制的智能园林绿化养护系统，包括：
[0030]
至少三组热红外传感器，用于响应于远程端的控制信号采集预设区域中的多个热红外图像组，其中每个热红外图像组包括三组不同波段的热红外图像，所述三组不同波段为近红外波段、中红外波段和远红外波段；
[0031]
目标确定模块，用于根据多个所述热红外图像组确定目标图像组；
[0032]
湿度确定模块，用于根据三个不同波段的目标图像得到待检测目标的湿度信息；
[0033]
控制模块，用于根据湿度信息控制喷淋装置开启或关闭以对预设区域进行喷淋。
[0034]
在一个具体实施方式中，所述目标确定模块包括：
[0035]
像素点提取单元，用于从每个所述热红外图像中各选择一个相同波段的图像，并
提取图像中的像素点，得到像素点集；
[0036]
灰度值计算单元，用于将每个所述相同波段的图像等分为16个矩形，分别计算中间4个矩形中每个像素灰度值的第一平均值和外围13个矩形中每个像素灰度值的第二平均值；
[0037]
目标点集确定单元，用于当所述第一平均值和所述第二平均值满足预设条件时，将该像素点集作为目标点集；
[0038]
目标图像组确定单元，用于判断任意两个目标点集的交并比，选择交并比最大的目标点集对应的热红外图像组作为目标图像组。
[0039]
在一个具体实施方式中，所述湿度确定模块包括：
[0040]
光谱响应函数生成单元，用于根据三个不同波段的目标图像得到不同波段的待测目标的温度和三个不同波段的热图像的灰度值以根据所述三个不同波段的热图像的灰度值生成三个光谱响应函数；
[0041]
光谱反射率计算单元，用于根据三个所述光谱响应函数得到三个光谱反射率；
[0042]
根据三个光谱反射率得到全波段光谱反射率，以根据所述全波段光谱反射率得到待检测目标的湿度信息。
[0043]
在一个具体实施方式中，所述光谱响应函数生成单元具体用于：
[0044]
将所述待测目标的温度代入普朗克计算公式得到辐射出射度并将所述辐射出射度转换为辐射亮度；
[0045]
根据所述辐射亮度和所述三个不同波段的热图像的灰度值得到三个不同波段的响应函数。
[0046]
本发明的有益效果：
[0047]
1、本发明的可远程控制的智能园林绿化养护方法通过采集多组热红外图像，对采集到的图像检测得到湿度信息，从而能够准确的判断植被状态；
[0048]
2、本发明可远程控制的智能园林绿化养护方法在进行图像的筛选和判断时，通过提取图像中的像素点，得到像素点集并通过平均值、交并比等方式，能够精确的筛选到待处理图像，从而提升后续处理的准确度；
[0049]
3、本发明的可远程控制的智能园林绿化养护方法通过光谱反射率来得到湿度数据，并且在光谱反射率的测量中通过相应函数进行计算，提升光谱反射率的测量精度和测量效率，使得后续湿度数据的获取更加准确。
[0050]
以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
[0051]
图1是本发明实施例提供的一种可远程控制的智能园林绿化养护方法流程示意图；
[0052]
图2是本发明实施例提供的对图像等分的示意图；
[0053]
图3是本发明实施例提供的一种可远程控制的智能园林绿化养护系统模块框图。
具体实施方式
[0054]
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于
此。
[0055]
实施例一
[0056]
请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种可远程控制的智能园林绿化养护方法流程示意图，包括：
[0057]
s1、响应于远程端的控制信号采集预设区域中的多个热红外图像组，其中每个热红外图像组包括三组不同波段的热红外图像，所述三组不同波段为近红外波段、中红外波段和远红外波段；
[0058]
本实施例中，远程端为后台控制管理系统，后台控制管理系统通过无线通信的方式向预设区域的采集设备发送控制信号，需要说明的是本实施例的采集设备可以是安装在预设区域的红外采集设备，红外采集设备也可以安装无人机或者其他可移动装置上，如果是安装在无人机上，则后台控制管理系统首先需要向无人家发送飞行命令，无人机根据预先设置的飞行路径进行飞行，当无人机飞行到预设区域时，后台控制管理系统再向采集设备发送控制信号以进行热红外图像的采集；当然可以是人工手持或者通过其他设备带载，预设区域即为需要浇灌的区域，也就是喷淋区域，具体根据实例情况进行确认。
[0059]
由于本实施例的采集环境主要是夜间环境，并且需要比较精确的计算温湿度，然而现有的红外采集设备会存在噪声干扰导致采集的部分区域出现信息缺失或不完整的情况，因此实施例通过进行多波段采集，即对于同一区域采集三组不同波段的热红外图像，对三组信息进行综合，从而提供更全面完整的信息，在本实施例中，为了方便采集和后续处理，直接选取常规的三波段，即近红外波段的波段、中红外波段、远红外波段，每个波段的具体波长选择可以根据红外设备的情况而定，一般近红外波段的波长可以选用1-2微米，中红外波段的波长可以选用4-5微米，远红外波段的波长可以选用10-11微米。
[0060]
为了确保不出现波段干扰，本实施例可以采用分时采集的方式控制三个红外采集设备进行采集，并且采集的间隔可以适当长一些，例如在前波段采集完成后间隔10-15秒在进行下一波段采集，此外，还可以通过加装滤波片的方式进行滤除，从而能够提取到更纯净的波段辐射能量。
[0061]
s2、根据多个所述热红外图像组确定目标图像组；
[0062]
具体的，该步骤可以包括以下步骤：
[0063]
s21、从每个所述热红外图像中各选择一个相同波段的图像，并提取图像中的像素点，得到像素点集；
[0064]
为了确保拍摄区域的准确性和图像的完整性，设备在拍摄时，会从不同角度或者不同位置拍摄，在最终计算时，只能选择一组图像，因此需要选出最佳图像，由于不同波段的图像信息可能会有差异，因此从每组图像中选择相同波段的图像进行后续分析，优选的，选择中波段的图像进行处理。
[0065]
s22、将每个所述相同波段的图像等分为16个矩形，分别计算中间4个矩形中每个像素灰度值的第一平均值和外围13个矩形中每个像素灰度值的第二平均值；
[0066]
一般的，需要尽可能的保证待检测目标尽量占满整个图像，本实施例的待检测目标即为园林中植被的叶片，也就是尽量保证拍摄的图像是完整的叶片，最好剔除有外周背景的图像，基于此，请参见图2，在进行计算时将图像分为16块矩形，其中内部的4块作为核心区，外部的13块作为边缘区，将核心区和边缘区进行对比判断，从而确定图像是否合适。
[0067]
s23、当所述第一平均值和所述第二平均值满足预设条件时，将该像素点集作为目标点集；
[0068]
在本实施例中，预设条件为：
[0069]
当满足条件时，所述目标窗口中的像素点为目标像素点；反之，则所述目标窗口中的像素点不是目标像素点；
[0070]
其中，μr表示所述第二平均值，μi表示所述第一平均值，δi表示中间4个矩形中所有像素灰度值的标准差，α表示环境因子，φ-1
(α)为逆高斯分布，环境因子正常情况取值0.4即可。
[0071]
s24、判断任意两个目标点集的交并比，选择交并比最大的目标点集对应的热红外图像组作为目标图像组。
[0072]
基于s23步，根据预设条件选择得到的有可能是多张图像，也有可能没有符合条件的图像，对于没有选择到符合条件的图像，则需要重新进行图像采集，而如果选择出多张图像，则还需要从多张图像中选择最佳的一个，基于s23步的选择，图像中已经包括了待检测目标，因此通过步骤s24将效果更好的筛选出来。
[0073]
本实施例中，按照如下公式确定存在交集的目标像素点集之间的交并比：
[0074][0075]
其中，s
a∩b
表示目标像素点集a与目标像素点集b的交集面积，s
a∪b
表示目标像素点集a与目标像素点集b的并集面积，k为目标像素点集a与目标像素点集b之间的交并比，通过两两对比的方式选择出交并比最大的目标点集对应的热红外图像组作为目标图像组。
[0076]
本实施例在进行图像的筛选和判断时，通过提取图像中的像素点，得到像素点集并通过平均值、交并比等方式，能够精确的筛选到待处理图像，从而提升后续处理的准确度；
[0077]
s3、根据三个不同波段的目标图像得到待检测目标的湿度信息；通过采集多组热红外图像，对采集到的图像检测得到湿度信息，从而能够准确的判断植被状态。
[0078]
具体的，该步骤包括：
[0079]
s31、根据三个不同波段的目标图像得到不同波段的待测目标的温度和三个不同波段的热图像的灰度值；
[0080]
s32、将所述待测目标的温度代入普朗克计算公式得到辐射出射度并将所述辐射出射度转换为辐射亮度；
[0081]
s33、根据所述辐射亮度和所述三个不同波段的热图像的灰度值得到三个不同波段的响应函数。
[0082]
普朗克计算公式以及辐射出射度转换为辐射亮度的计算公式均为现有技术，本实施例不再展开计算。
[0083]
s34、根据三个所述光谱响应函数得到三个光谱反射率；
[0084]
在本示例中，根据三个不同波段的响应函数得到三个光谱反射率的公式为：
[0085][0086]
其中，r
nir
、r
mir
和r
fir
分别表示近红外波段、中红外波段和远红外波段的光谱反射率，q
nir
、q
mir
和q
fir
分别表示近红外波段、中红外波段和远红外波段的响应函数，q
+
为q矩阵的伪逆矩阵，i
[a,b]
、i
[b,c]
和i
[c,d]
分别表示近红外波段、中红外波段和远红外波段的灰度响应值，[a,b]表示近红外波段的波段范围，[b,c]表示中红外波段的波段范围，[c,d]表示远红外波段的波段范围。基于本实施例的测量范围，该公式中的a取1，b取4，c取10，d取11。
[0087]
s35、根据三个光谱反射率得到全波段光谱反射率，以根据所述全波段光谱反射率得到待检测目标的湿度信息。将得到的三个光谱反射率相加即可得到全波段光谱反射率，通过反射率来表征湿度信息比较准确，在得到反射率之后，就可以通过预先存储在数据库中的反射率-湿度关系判断待检测目标的湿度。本实施例通过光谱反射率能够直接得到湿度数据，并且在光谱反射率的测量中通过相应函数进行计算，提升光谱反射率的测量精度和测量效率，使得后续湿度数据的获取更加准确。
[0088]
s4、根据湿度信息控制喷淋装置开启或关闭以对预设区域进行喷淋，具体的喷淋控制方式可以根据实际情况进行设定，在湿度不满足时开始喷淋或者在湿度过高时停止喷淋，上述控制方式均使用现有常规控制即可，本实施例不在展开说明。
[0089]
请继续参见图3，本发明同时提供了一种可远程控制的智能园林绿化养护系统，包括：
[0090]
至少三组热红外传感器，用于响应于远程端的控制信号采集预设区域中的多个热红外图像组，其中每个热红外图像组包括三组不同波段的热红外图像，所述三组不同波段为近红外波段、中红外波段和远红外波段；
[0091]
目标确定模块，用于根据多个所述热红外图像组确定目标图像组；
[0092]
湿度确定模块，用于根据三个不同波段的目标图像得到待检测目标的湿度信息；
[0093]
控制模块，用于根据湿度信息控制喷淋装置开启或关闭以对预设区域进行喷淋。
[0094]
在一个具体实施方式中，所述目标确定模块包括：
[0095]
像素点提取单元，用于从每个所述热红外图像中各选择一个相同波段的图像，并提取图像中的像素点，得到像素点集；
[0096]
灰度值计算单元，用于将每个所述相同波段的图像等分为16个矩形，分别计算中间4个矩形中每个像素灰度值的第一平均值和外围13个矩形中每个像素灰度值的第二平均值；
[0097]
目标点集确定单元，用于当所述第一平均值和所述第二平均值满足预设条件时，将该像素点集作为目标点集；
[0098]
目标图像组确定单元，用于判断任意两个目标点集的交并比，选择交并比最大的目标点集对应的热红外图像组作为目标图像组。
[0099]
在一个具体实施方式中，所述湿度确定模块包括：
[0100]
光谱响应函数生成单元，用于根据三个不同波段的目标图像得到不同波段的待测目标的温度和三个不同波段的热图像的灰度值以根据所述三个不同波段的热图像的灰度
值生成三个光谱响应函数；
[0101]
光谱反射率计算单元，用于根据三个所述光谱响应函数得到三个光谱反射率；
[0102]
根据三个光谱反射率得到全波段光谱反射率，以根据所述全波段光谱反射率得到待检测目标的湿度信息。
[0103]
在一个具体实施方式中，所述光谱响应函数生成单元具体用于：
[0104]
将所述待测目标的温度代入普朗克计算公式得到辐射出射度并将所述辐射出射度转换为辐射亮度；
[0105]
根据所述辐射亮度和所述三个不同波段的热图像的灰度值得到三个不同波段的响应函数。
[0106]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0107]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
[0108]
尽管在此结合各实施例对本技术进行了描述，然而，在实施所要求保护的本技术过程中，本领域技术人员通过查看所述附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现所述公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
[0109]
本领域技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、装置(系统)、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式，这里将它们都统称为“模块”或“系统”。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。计算机程序存储/分布在合适的介质中，与其它硬件一起提供或作为硬件的一部分，也可以采用其他分布形式，如通过internet或其它有线或无线电信系统。
[0110]
本技术是参照本技术实施例的方法、装置(设备)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0111]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特
定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0112]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0113]
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。