自主监视系统的制作方法

自主监视系统
1.相关申请的交叉引用
2.本申请要求18年8月30日提交的美国临时专利申请62/725137和19年3月14日提交的美国临时专利申请62/818432的权益，这两个申请都通过引用整体并入本文。
技术领域
3.本公开涉及栽种物/作物的自主监视。


背景技术：

4.随着世界人口的增加和可耕地的减少，满足日益增长的食品需求变得越来越困难。近来，提出一种解决问题的方案，即，在可耕地减少的同时生产足够数量的食物，这是垂直种植的概念。垂直种植是在垂直倾斜的表面上种植/生产食物的实践。换句话说，代替在诸如田地或温室的单一水平表面上种植/生产蔬菜等，蔬菜等在垂直堆叠的层/架中种植/生产，其中此类层/架典型地位于诸如运输容器、仓库等封闭区域内(参见图1)。
5.与其它所有农民一样，垂直农民也必须应对诸如病虫害、疾病和对其作物的其它环境威胁之类的问题。一旦栽种物/作物感染疾病、细菌、霉菌、真菌等，这些威胁就会迅速蔓延。在封闭的环境(诸如垂直农场)中，散布速率尤其快。为了始终如一地大量提供优质作物，垂直农民需要监视其栽种物/作物的健康状况，以避免不必要的浪费。与其它农民一样，垂直农民需要尽可能早地认识到其作物的问题。
6.除了监视其作物的健康状况外，垂直农民与其他农民一样，需要确定收割其作物的最佳时间。这通常是通过测量作物的生长(尺寸)来完成的。在室外环境中时，这在很大程度上可以非常轻松地实现，在垂直种植环境中，由于垂直农场的物理结构，观察栽种物/作物的生长可能具有挑战性。例如，垂直农场的高度、层之间的距离等。
7.垂直农场的照明效果在白光、蓝光、红光等之间可以有所不同。在某些照明条件下，诸如蓝光或红光，察看(inspecting)和确定是否存在任何疾病或作物受损可能是具有挑战性的。
8.需要的是一种监视系统，该系统使农民能够容易地在狭窄的区域(诸如垂直农场)中监视其栽种物/作物的健康状况和生长。


技术实现要素：

9.一种用于监视预定空间中的植物的系统包括：图像捕获单元，照明单元，图像捕获单元和照明单元在其上移动的导轨单元，其中，在预定空间的照明条件是第一照明条件的情况下，图像捕获单元执行植物的图像捕获，并且其中，在预定空间的照明条件是不同于第一照明条件的第二照明条件的情况下，图像捕获单元不执行图像捕获。
10.当结合附图和提供的权利要求书阅读以下对本公开的示例性实施例的详细描述时，本公开的这个和其它实施例、特征和优点将变清楚。
附图说明
11.图1是常规垂直农场层/架的示例性结构。
12.图2是图示托架单元的框图。
13.图3是监视系统的说明性视图。
14.图4图示了寻找家庭充电站的处理。
15.图5是监视系统的处理的流程图。
16.图6图示了用于检查栽种物/作物的图像的计算机的配置。
17.图7a和7b图示了显示栽种物/作物的图像的示例。
18.图8图示了显示用于察看栽种物/作物的栽种物/作物图像的示例。
19.图9a是图示两个波形的线图的示例。
20.图9b是图示电池移动和充电时段的线图的示例。
21.图10是监视系统的处理的一般性高级说明性描绘。
22.图11、12和13是监视系统的处理的更详细的说明性描绘。
具体实施方式
23.本公开的一方面提供了一种监视系统，以监视垂直种植环境中的栽种物/作物的状况。
24.下面将参考附图详细描述示例性实施例。以下示例性实施例仅仅是示例，并且可以根据适用装置的单独构造和各种条件来适当地修改或改变。因此，本公开不被认为是限制性的。
25.图2是图示托架单元100的配置示例的框图，该托架单元100是根据示例性实施例的电子装置的示例。中央处理单元(cpu)101、存储器102、非易失性存储器103、图像处理单元104、马达105、nfc读取器107、操作构件108、记录介质接口(i/f)109、通信i/f 111、相机单元113、无线电池充电器114、白色led单元116和uv led单元117连接到内部总线150。这些组件中的每一个可以经由内部总线150彼此交换数据和/或通信。
26.cpu 101是基于例如非易失性存储器103中存储的程序或指令并且通过使用存储器102作为工作存储器来控制托架单元100的处理器。存储器102可以是随机存取存储器(ram)，但是不限于是ram，并且将使得能够实现本示例性实施例的任何存储器都是适用的。非易失性存储器103存储图像数据、音频数据、其它数据以及cpu 101用于操作或执行以下描述的各种操作的各种程序或指令。非易失性存储器103包括例如硬盘(hd)、只读存储器(rom)或闪存。
27.图像处理单元104基于cpu 101的控制对存储在非易失性存储器103和记录介质110中的图像数据、经由通信i/f 111获得的图像数据执行各种类型的图像处理。图像处理包括模数(a/d)转换处理、数模(d/a)转换处理、图像数据的编码处理、压缩处理、解码处理、放大/缩小处理(调整尺寸)、降噪处理和颜色转换处理。图像处理单元104可以是用于执行特定图像处理的专用电路块。在另一个实施例中，取决于图像处理的类型，cpu 101可以基于程序执行图像处理，而无需使用图像处理单元104。
28.马达105基于由cpu 101生成的马达控制信号来驱动驱动系统106，该驱动系统106包括但不限于轮胎、齿轮和驱动轴。
29.近场通信(nfc)读取器107从nfc芯片206读取信号。在另一个示例性实施例中，代替nfc读取器/芯片，可以使用射频id(rfid)读取器/标记。在其它示例性实施例中，可以采用机械开关、光学感测、音频感测等来实现与使用nfc相同的结果。
30.霍尔效应磁传感器(下文中称为“磁传感器”)118检测位于托架单元100的归属站处的磁体120。磁传感器118使托架单元100能够停止并充电。磁传感器118可以是机械开关、光学传感器或任何其它类型的位置传感器。
31.操作构件108可以包括用于接受用户操作的输入设备。操作构件108可以包括按钮、拨盘、操纵杆等。
32.记录介质i/f 109被配置为使得可以在其上安装诸如存储卡、光盘(cd)和数字多功能盘(dvd)之类的记录介质110。cpu 101控制记录介质i/f 109以从安装的记录介质110读取数据并将数据写到记录介质110。通信i/f 111是用于与外部装置或互联网或内联网112通信以传输和接收各种类型的数据(诸如文件或命令)的接口。
33.相机单元113包括：透镜组，其包括变焦透镜和聚焦透镜；以及图像传感器，用于将光学图像转换成电信号。图像传感器包括电荷耦合器件(ccd)传感器或互补金属氧化物半导体(cmos)传感器。相机单元113可以生成物体图像数据。
34.无线电池充电器114为电池15供电。电池115经由内部总线150向上述组件供应操作电力。电池电流监视器119监视电池115的状态。
35.白色发光二极管(led)单元116照亮物体(例如，栽种物/作物等)，其中被照亮的区域大于由相机单元113捕获的区域。
36.紫外线(uv)led单元117照亮物体(例如，栽种物/作物等)，其中被照亮的区域大于由相机单元113捕获的区域。
37.图3是本示例性实施例的监视系统的说明性示图。托架单元100包括例如3cm高的薄主体。这个高度仅仅是示例，而不被看作限制。导轨201安装在架203的顶部和led 202之间，并且托架单元100连接到导轨。在另一个示例性实施例中，导轨可以安装在led 202下方。
38.架203可以是多层或单层结构。在多层结构中，托架单元100可以安装在每一层上，或者单个托架单元100可以在各层之间移动。
39.由led 202提供的垂直种植区域中的照明可以被编程或以其它方式循环以便以预定间隔开和关，从而例如模仿日光模式。还可以以优化的间隔控制照明，以促进栽种物/作物生长或其它期望结果。在本示例性实施例中，当垂直种植区域中的照明关闭时，监视系统处于活动状态。
40.托架单元100经由驱动系统106在导轨201上行进。充电站205安装在导轨201的旁边。在本示例性实施例中，充电站205是无线充电系统。无线充电系统防止可能由于例如从种植床溅出的水而引起的可能的火花放电或短路。
41.近场通信(nfc)芯片206安装在导轨201的旁边。nfc芯片206与nfc读取器107通信。nfc芯片206沿着导轨201安装在多个地点。选择地点以使得能够对架203上的所有栽种物/作物进行图像捕获。
42.图4图示了寻找充电地点的处理。磁传感器118被用于感测在导轨201上磁体120在使无线电池充电器114能够与无线发送器121排成一列(lineup)的地点处的存在。换句话
说，磁体120和无线发送器121位于充电站205中。
43.当托架单元100在导轨201上移动时，cpu 101连续地监视磁传感器118。当磁传感器118接近磁体120的磁场时，它向cpu 101发送中断，从而导致cpu 101向马达105发出停止驱动系统106的命令。这使得托架单元100能够精确地停在充电站205处，从而实现无线发送器121和无线接收器114之间的最大电流传送。
44.使用磁体120、磁传感器118、无线充电和nfc定位器为托架单元100提供了防潮和防溅的保护，这在垂直种植环境中是常见的，因为它们是密封的并且不要求暴露的或机械接触。
45.电池电流监视器119向cpu 101提供电池115的连续状态读取。当电池115充电时，电池电流监视器119提供正读数。这提供了无线电池充电器114正确工作的确认。当托架单元100移动时，电池电流监视器119提供负读数，这指示电池115正在放电。在机械故障的情况下(诸如托架单元100被卡住)，电池电流监视器119可以提供高的负读数，并且cpu 101可以将错误状况通知给用户。
46.图5是根据本示例性实施例的监视系统的处理的流程图。通过cpu 101提取存储在非易失性存储器103中的程序、将其存储在存储器102中并执行该程序来实现该处理。图10是图5中所示的处理的一般性高级说明性描绘。图11、12和13是图5中所示的处理的更详细的说明性描绘。
47.转向图5，在s1中，cpu 101控制托架单元100在预定时间(例如，12:00am)开始在导轨201上行进。此时，由led 202提供的照明被关闭。在一个示例性实施例中，cpu 101可以控制led 202以及白色led灯单元116和uv led灯单元117。在另一个示例性实施例中，当关闭由led 202提供的照明时，光传感器(未示出)检测到照明已经关闭，然后cpu 101控制托架单元100开始行进。
48.在s2中，确定nfc读取器107是否检测到nfc芯片206。如果nfc读取器107检测到nfc芯片206的信号，那么处理前进到s3。如果未检测到nfc芯片206，那么重复s2的确定处理。
49.在s3中，托架单元100停止行进。然后，在s4中，打开白色led单元116。接下来，在s5中，相机单元113捕获栽种物/作物的图像。使用白色led捕获图像，使得可以清楚地看到栽种物/作物的颜色。当随后对捕获的图像进行分析或显示以使得能够检查栽种物/作物的状态时，来自光的任何影响都会减少，因为将在类似的照明颜色条件下执行分析。使用确定栽种物/作物状态的任何已知方法来分析捕获的图像。
50.垂直农场的照明在白光或其它颜色(诸如蓝光和红光的混合)之间会有所不同，其中照明的类型取决于栽种物/作物的类型或所使用的技术。在排除白光的光照下确定作为栽种物/作物的颜色变化的疾病或损害会非常困难。栽种物/作物的病害或栽种物/作物上的真菌可以通过栽种物/作物上的白点、黑点等来识别。因此，具有真实色彩的图像对于实现疾病的正确诊断等是有用的。每次在相同的照明条件下并且在每个垂直农场环境中获得由托架单元100捕获的所有图像。照此，即使白光，颜色也不是问题，因为在不同环境中使用不同光谱的光。
51.在s6中，白色led单元116被关闭。在s7中，所捕获的图像以及nfc id被发送到远程服务器(未示出)。nfc id是唯一的nfc序列号，被用于识别获得图像时的地点和时间戳。在s8中，打开uv led单元117。
52.在s9中，相机单元113捕获由uv led单元117照亮的栽种物/作物的图像。在黑暗中在uv光下照亮栽种物/作物使得能够更容易识别由于对uv光的自发荧光反应而可能存在于栽种物/作物上的真菌和/或霉菌。真菌和/或霉菌也可以通过从用uv光的照射产生的散射光识别。相机单元113可以检测荧光和/或散射光。
53.在s10中，uv led单元116被关闭。在s11中，所捕获的图像以及nfc id和时间戳被发送到远程服务器(未示出)。
54.在s12中，确定nfc读取器107是否检测到来自nfc芯片206的“结束”信号。如果检测到该信号，那么处理结束。如果未检测到该信号，那么处理返回到s2。
55.在s13中，确定磁传感器118是否检测到磁体120。如果检测到磁体102，那么处理前进到s14。如果未检测到磁体102，那么处理前进到s15。
56.在s14中，托架单元100移动到充电站205/在充电站205处停止行进。然后，电池115由无线电池充电器114充电。当电池115的充电完成时，处理返回到s1。
57.与s14的处理并行，在s16中，cpu 101检查来自电池电流监视器119的输出值。在正常状态下，当电池115被充电时，电池电流监视器119输出正值。如果在对电池115充电时电池电流监视器119输出负值，那么cpu 101确定发生了错误。cpu 101停止当前操作并将错误通知给用户。换句话说，当满足两个条件时，电池115可以继续被充电：磁传感器118检测到磁体120，并且当电池115被充电时电池电流监视器119输出正值。
58.在s15中，将托架单元100移动到下一个nfc 206的地点。然后处理返回到s2。
59.在一个示例性实施例中，可以在托架单元100沿着导轨201行进时传输在s7和s11中发送的图像、nfc id和时间戳。在另一个示例性实施例中，可以在托架单元100处于充电站205时传输图像、nfc id和时间戳。在又一个示例性实施例中，所捕获的图像、nfc id和时间戳可以存储在非易失性存储器103中，并且当托架单元100到达充电站205时，所存储的图像、nfc id和时间戳可以被传输到远程服务器并从非易失性存储器103中删除。
60.为了监视栽种物/作物，虽然相机提供了可能最佳解决方案，但由于垂直农场环境中每个架子的典型高度(例如，60cm)，相机的镜头与栽种物/作物之间的距离可能太近以至于无法捕获清晰的图像。因此，为了获得栽种物/作物的“顶视图”图像，广角镜头相机的使用将提供更有用的图像。
61.在示例性实施例中，在led 202重新开启之前，在每个nfc芯片206地点捕获两个图像。虽然上面将led 202描述为在12:00am被关闭，但这个时间并不被看作限制，并且可以在任何时间关闭led 202。可以自动控制led 202处于关闭状态的时间长度，或者可以由用户控制。
62.在以上对s1的描述中，当led 202处于关闭状态时，托架单元100开始行进。在另一个示例性实施例中，不必完全关闭led 202来开始移动托架单元100。如果照明条件比平常更暗或更低，那么由于所捕获的图像中将包括较少的红光、蓝光或白色荧光，因此可以获得效果。
63.在以上对s3和s13的描述中，托架单元100停止行进。在另一个示例性实施例中，cpu 101可以使马达105的速度减速而不是使马达105停止，从而使得托架单元100能够减慢并且继续移动而不停止。当托架单元100以非常慢的速度移动时，相机单元113可以捕获栽种物/作物的图像。
64.在以上对s16的描述中，当对电池115充电时，cpu 101检查来自电池电流监视器119的输出值。在另一个示例性实施例中，当电池115放电时，cpu 101可以检查输出值。在正常状态下，当电池115放电时，电池电流监视器119输出负值。如果在电池115放电时电池电流监视器119输出正值，那么cpu 101确定发生了错误。cpu 101停止该操作，并向用户提供错误的通知。cpu 101可以使用用于检测马达105的旋转状态的传感器(未示出)来确定电池115被放电的时段。
65.虽然已将上述(一个或多个)示例性实施例中的处理描述为由cpu 101执行，但是在另一个示例性实施例中，可以通过将处理在其之间划分的多个处理单元来执行该处理。
66.虽然上述(一个或多个)示例性实施例涉及相机的使用，但是本公开不限于这个示例。将能够启用本公开的实践的任何成像装置都是适用的。
67.图6图示了计算机300的配置，该计算机使用户能够检查由托架单元100捕获的栽种物/作物的图像。计算机300包括cpu 301、ram 302、rom 303、输入单元304、外部接口305和输出单元306。
68.cpu 301经由存储在ram 302或rom 303中的计算机程序和数据来控制计算机300。计算机300可以包括与cpu 301不同的一个或多个专用硬件组件或图形处理单元(gpu)，其中gpu或专用硬件组件可以执行由cpu 301执行的处理的一部分或全部。专用硬件的示例包括专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)、数字信号处理器(dsp)等。ram 302临时存储从rom 303读取的计算机程序或数据、通过外部接口305从计算机300外部供应的数据。rom 303存储不要求修改的计算机程序和数据。
69.输入单元304可以是例如操纵杆、慢速拨盘、触摸面板、键盘、鼠标等，接收用户操作，并向cpu 301提供各种指令。外部接口305与诸如服务器之类的外部设备通信。外部接口305可以与托架单元100直接通信。与外部设备的通信可以使用局域网(lan)电缆、串行数字接口(sdi)电缆等经由有线接口执行，或者可以经由无线接口(诸如连接)执行。输出单元306可以是例如显示单元306a(诸如显示器)和声音输出单元306b(诸如扬声器)，并显示图形用户界面(gui)并输出引导声音，以便用户可以操作计算机300。
70.图7a和7b图示了在显示单元306a上显示的图像的示例。图7a和7b图示了选择画面400，用户可以在其中选择显示在显示单元306a上的栽种物图像。在图7a中，选择画面400包括图7a中的导轨图像401、下拉列表402“选择导轨”和下拉列表403“选择图像”。为了描述的目的，在这个示例中，每个导轨201只有一个托架单元100。用户可以从下拉列表402中选择一个导轨201。
71.在图7b中，当用户从下拉列表402中选择“第一导轨”时，矩形404出现在导轨图像401上。在导轨图像401上有五个矩形404。对于每个导轨201，矩形404的地点可以不同。矩形404与nfc芯片206对应，因此在“第一导轨”上存在托架单元100捕获栽种物/作物图像的五个地点。用户可以从五个矩形404当中选择一个矩形404。换句话说，用户可以从五个图像捕获地点当中选择一个图像捕获地点。用户可以从下拉列表403中选择一个栽种物/作物图像。下拉列表403包括在选择的图像捕获地点处由托架单元100捕获的多个栽种物/作物图像。多个栽种物/作物图像在图像捕获定时方面不同。
72.根据示例性实施例，在以下过程中显示栽种物/作物图像：
73.(a)用户从下拉列表402中选择一个导轨201，并且矩形404将出现在导轨图像401
上。
74.(b)用户从两个或更多个矩形404当中选择一个矩形404。
75.(c)用户从下拉列表403中选择一个栽种物/作物图像，并且显示所选择的栽种物/作物图像。
76.上述过程提供了根据示例性实施例的用于显示栽种物/作物图像的方法。这个过程不被视为是限制性的，并且该过程的将使得能够显示栽种物/作物图像的任何变化都是适用的。
77.图8是在显示单元306a上显示栽种物/作物图像的示例。更具体而言，图8图示了使用户能够察看栽种物/作物图像的检查画面500。当用户在选择画面400中选择栽种物/作物图像时显示检查画面500。检查画面500包括主要部分501、条形图部分502、线图部分503、环境信息部分504、id信息部分505、周期信息部分506和日志信息部分507。
78.主要部分501显示由托架单元100捕获的栽种物/作物图像。条形图部分502包括七个条形图，而线图部分503包括七个线图。条形图和线图的一个集合与一个托架单元100中的电池115对应。条形图指示对应电池115的剩余百分比(剩余量)和状况。线图指示对应电池115的剩余百分比历史。下面描述条形图部分502和线图部分503。
79.环境信息部分504指示温度、湿度和芯片温度。温度和湿度是供用户了解栽种物/作物周围的环境的信息。温度和湿度由位于例如垂直农场中或导轨201上的传感器检测。芯片温度是帮助防止芯片过热的信息。芯片安装在托架单元100上。id信息部分505指示每个托架单元100的id的列表。所选择的托架单元100的id被突出显示。周期信息部分506指示其中来自托架单元100的信息被更新的周期。日志信息部分507指示计算机300从托架单元100接收到的过去信息。
80.现在将描述条形图部分502。每个条形图包括两个条形部分：左侧部分502a和右侧部分502b。左侧部分502a的长度指示当前电池百分比。左侧部分502a的长度可以指示电池115的电压值或电流值。右侧部分502b的颜色或图案指示电池115的当前状况。在本示例中，右侧部分502b的颜色可以变为绿色、红色或黄色。在颜色为绿色的情况下，这指示托架单元100在充电站205处停止、电池115被充电并且电池百分比正在增加的状况。在颜色为红色的情况下，这指示托架单元100移动并且电池百分比正在减小的状况。在颜色为黄色的情况下，这指示电池115先前被充电了或托架单元100与充电站205之间发生了接触故障并且电池百分比未改变的状况。
81.现在将描述线图部分503。每个线图的水平轴是时间轴，其中时间轴从左到右指示时间经过。每个线图的垂直轴是电池百分比。线图使用户能够检查在充电站205处电池115是否被正确地充电。线图使用户能够检查电池115的状况。这些检查使用户能够确定电池115是否在劣化。
82.虽然图8中的线图图示了一个波形，但是线图可以图示两个或更多个波形。图9a是图示两个波形的线图的示例。存在实际波形600和理想波形601。实际波形600指示电池115的实际百分比历史。理想波形601指示用于比较的理想(虚拟)百分比历史。“理想”是指电池115被正确地充电并且电池115没有劣化。通过将实际波形600与理想波形601进行比较，用户可以容易地检查与电池115相关的错误。换句话说，理想波形601用作参考。
83.一般而言，电池115充电的充电时段常常比电池115移动的移动时段短。因此，线图
可以图示省略充电时段的波形。图9b是包括移动时段部分602和充电时段部分603的线图的示例。使用这样的显示使得能够突出显示必要的信息。
84.如上所述，当用户在选择画面400中选择栽种物/作物图像时，显示检查画面500。但是，这种配置不被认为是限制性的。在另一个示例性实施例中，检查画面500可以自动显示图像的集合，如来自所有地点的特定日期的幻灯片展示，以使用户能够看到所有图像。检查画面500是主画面，而选择画面400是工具画面。可以始终显示检查画面500，以便用户可以检查栽种物/作物和电池状况。仅当用户使用工具栏来检查位于某些区域中的(一个或多个)栽种物/(一个或多个)作物时，才显示选择画面400。
85.接下来，将描述警告系统。警告系统通过在显示单元306a上显示图像或消息、通过从声音输出单元306b发出声音或者通过显示图像/消息并发出声音来向用户通知电池115错误。在本示例性实施例中，基于以下条件输出警告：
[0086][0087][0088]
在本示例性实施例中，存在四个警告级别。在级别1的情况下，条形图和折线图的对应集合的背景色变为橙色。背景的颜色以及背景的图案可以改变。在级别2的情况下，显示单元306a显示错误图像或错误消息，或者声音输出单元306b发出警报声。在级别3的情况下，显示单元306a显示错误图像或错误消息，并且声音输出单元306b发出警报声。在级别4的情况下，托架单元100不从充电站205移动，除非用户允许这种移动。但是，即使电池百分比已经下降到20％以下，在下一个移动定时之前存在长时间时，托架单元100也可以继续移动而不输出警告。
[0089]
除了上述示例性实施例之外，在另一个示例性实施例中，如果计算机300在周期信息部分506中定义的定时未从托架单元100接收到信息，那么条形图和线图的对应集合的背景颜色变为黄色。在托架单元100没有通过网络响应的情况下，条形图和线图的对应集合的背景颜色变为红色。可以基于电池百分比以外的信息(诸如温度或湿度)输出警告。
[0090]
上述(一个或多个)示例性实施例提供了一种用于垂直农场环境的监视系统，该监视系统可以在垂直农场环境是黑暗的并且栽种物/作物被白色led灯照亮的同时工作，从而使得能够在相似的照明条件下捕获图像。此外，可以使用uv光照亮栽种物/作物，以使得能够检测真菌、霉菌等。
[0091]
上述(一个或多个)示例性实施例提供了一种无线充电系统，该无线充电系统使用磁传感器来使具有无线接收器的托架能够与无线发送器完美地排成一列，从而向托架的电池提供最优的充电电流。此外，电流监视器使得能够监视电池，这使托架可以确认充电地点并确保托架处于最优地点以获取最大充电电流。