一种智能种植方法及智能种植箱与流程

本发明涉及一种智能种植方法及智能种植箱，属于室内植物种植领域。

背景技术：

众所周知，部分植物生长过程可分为种子萌发、幼苗、生长发育、开花结果四个阶段，不同的生长阶段对光照、水等条件的要求是不同的，而各个生长阶段这些条件对植物生长会产生较大影响。比如说光照条件，辣椒开花坐果期如遇多日阴雨连绵会使开花数减少，坐果率降低，果实生长速度慢，同时还易造成辣椒病害流行；而盛果期如光照过强，再加之高温干旱，果实无叶片等遮荫，常常会发生日灼病。

大自然中光照、水等条件具有不可控性，但是对于室内种植，却可以通过人为干预的手段满足植物生长各个阶段对于光照和水的需求。

但是现有的一些室内种植手段均无法实现对植物整个生长周期内的生长条件进行智能控制，而随着人们生活水平的提高，出于健康饮食和趣味性种植的考虑，生活在城市中的人们也开始在家中种植一些蔬果，既能“自给自足”又增加了生活的趣味，但是如何智能的实现植物整个生长周期内的生长条件的控制，已经成为一个亟待解决的问题。

技术实现要素：

为了智能的实现对植物整个生长周期内的生长条件的控制，本发明提供了一种智能种植方法及智能种植箱。

一种智能种植方法，所述方法包括：

获取led光源照射下的植物图像；

根据获取到的植物图像判断植物所处的生长阶段；

根据判断结果调整led光源的光供给、杀菌灯、水供给和/或营养液供给的参数。

可选的，所述根据获取到的植物图像判断植物所处的生长阶段，包括：

预先获取不同led光源照射条件下植物各个生长阶段的图像，所述植物各个生长阶段包括生长初期、开花阶段和结果阶段；

对预先获取的植物各个生长阶段的图像进行图像处理以获取植物各个生长阶段对应的参数训练库；

将获取到的植物图像进行图像处理，并与对应的参数训练库中的参数进行比对，得出植物所处的生长阶段。

可选的，所述植物各个生长阶段对应的参数训练库中的参数分别包括：植物树叶、花、和果各自的长短径之比、圆心率、面积特征；

其中，生长初期对应的参数训练库中的参数包括：植物树叶的长短径之比、圆心率、面积特征；

开花阶段对应的参数训练库中的参数：植物的花和树叶两部分的长短径之比、圆心率、面积特征；

结果阶段对应的参数训练库中的参数：植物的果和树叶两部分的长短径之比、圆心率、面积特征。

可选的，所述对植物各个生长阶段的图像进行图像处理以获取植物各个生长阶段对应的参数训练库，包括：

提取不同时期拍摄的rgb图像中的主颜色，选取植物树叶20-30个像素点平均作为主颜色，该颜色以红光下树叶的颜色为主，遍历图像，得到每个像素点对于主颜色的相似度，进行阈值分割，得到树叶的区域；

将得到的树叶区域进行灰度转化，得到灰度图，再进行二值化转化成为黑白图像；提取黑白图像中树叶的长短径之比、圆心率、面积特征；构建得到各个生长阶段对应的参数训练库。

可选的，所述将获取到的植物图像进行图像处理，并与对应的参数训练库中的参数进行比对，得出植物所处的生长阶段，包括：

采用灰关联分析法与参数训练库数据进行比对得出植物所处的生长阶段。

可选的，所述方法采用上述方法进行种植草莓，所述led光源包括红光、蓝光和黄光三种；不同生长阶段的led光源照射条件分别为：

所述生长初期打开红光三盏、蓝光一盏，光照强度均为10000lux至12000lux，关闭黄光，照射8-12小时/天；

所述开花阶段打开开启红光一盏，光照强度均为10000lux至12000lux，关闭蓝光、黄光，照射8-12小时/天；

所述结果阶段开启红蓝黄光不同的配比，实现果实不同口感。

可选的，所述方法还包括，预先获取不同led光源照射条件下草莓各个生长阶段的图像；并进行图像处理后得到草莓各个生长阶段对应的参数训练库；

在智能种植过程中，对当前草莓图像进行图像处理，并与对应的参数训练库中的参数进行比对，得出草莓所处的生长阶段，进而根据草莓所处的生长阶段调整led光源照射条件

可选的，所述方法还包括，在草莓的各个生长阶段保持营养液不间断均匀滴灌。

本发明还提供一种智能种植箱，所述种植箱包括：led光源、智能控制柜、可旋转种植槽、可升降检测探头；所述智能控制柜分别与led光源、可旋转种植槽、可升降检测探头连接；所述可升降检测探头具有拍摄功能，所述led光源包括红光、蓝光和黄光三种；

所述智能控制柜控制可旋转种植槽和可升降检测探头二者相互配合获取植物的整体图像；对获取到的植物的整体图像进行处理并根据处理结果设置和/或调整led红光、蓝光和黄光各个光源的开启关闭和光照强度。

可选的，所述智能控制柜中预先存储有植物各个生长阶段的图像的特征阈值，所述获取到的植物的整体图像进行处理并根据处理结果设置和/或调整led红光、蓝光和黄光各个光源的开启关闭和光照强度，包括：

对植物的整体图像进行处理得到对应的特征值，将特征值与预先存储的特征阈值进行比对判断植物所处的生长阶段，根据植物所处的生长阶段设置和/或调整led红光、蓝光和黄光各个光源的开启关闭和光照强度。

可选的，所述种植箱分为两个箱体，为方便描述，分别称为左箱体和右箱体；

其中led光源、可旋转种植槽、可升降检测探头设置在植物所处的右箱体中，智能控制柜设置在左箱体中；右箱体侧面部分采用透明玻璃。

智能控制柜可通过无线连接移动设备。

可选的，右箱体中还包括植物生长灯、杀菌灯、温度控制器、温度传感器、湿度传感器、空气交换机、喷雾装置、废液回收槽；

左箱体中还包括储液箱和储水箱；

右箱体中的led光源、可旋转种植槽、可升降检测探头、植物生长灯、杀菌灯、滴灌管网、温度控制器、温度传感器、湿度传感器、空气交换机、喷雾装置以及左箱体中的储液箱、储水箱分别与智能控制柜连接；

可选的，所述储水箱有两个出水口，一个出水口与喷雾装置连接，通过智能控制柜的控制实现右箱体中湿度调整；另一个出水口与连接于储液箱的管网连接，通过智能控制柜的控制实现为植物滴加营养液。

所述旋转种植槽通过旋转使植物获得均匀的光照，以及便于检测探头对植物的检测。

可选的，滴灌管网前端有增压泵和放倒流装置，后端在种植槽上方。

可选的，空气交换机在右箱体顶部，用于调节空气量。

可选的，检测探头在两箱体之间的挡板上的竖直导轨上，可上下移动。

可选的，led光源、杀菌灯在两箱体之间的挡板的最上方。

可选的，种植槽在右箱体的底座上。

可选的，废液回收槽在右箱体底座内。温度传感器、湿度传感器在底座上。

本发明有益效果是：

通过对led光源照射下的植物图像进行相应的图片处理过程判断出植物所处的生长阶段，从而提供该生长阶段所需的光照、水等条件，并且预先存储led光源照射下植物各个生长阶段的图像特征，从而可以实现植物整个生长周期内均可智能化满足相应的光照和水等条件，满足人们室内种植的要求；同时，本申请提供一种智能种植箱，包括：led光源、智能控制柜、可旋转种植槽、可升降检测探头；通过各部分之间的协作实现对植物整个生长周期的智能化种植。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明智能种植箱的立体图；

图2是左箱体内部结构图及喷灌滴灌管网图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一：

本实施例提供一种智能种植箱，参考图1可知，该智能种植箱包括：led光源5、智能控制柜23、可旋转种植槽12、可升降检测探头3；所述智能控制柜23分别与led光源5、可旋转种植槽12、可升降检测探头3连接；所述可升降检测探头3具有拍摄功能，所述led光源5包括红光、蓝光和黄光三种；

所述智能控制柜23控制可旋转种植槽12和可升降检测探头3二者相互配合获取植物的整体图像；对获取到的植物的整体图像进行处理并根据处理结果设置和/或调整led红光、蓝光和黄光各个光源的开启关闭和光照强度。

为详细说明本申请技术方案，本申请以种植草莓为例进行说明。

具体的，请参考图1，智能草莓种植箱可分为左箱体8-1和右箱体8-2，左箱体8-1内包括储液箱6、储水箱7、智能控制柜23；右箱体8-2内底座10上设置可旋转种植槽12，草莓种植于该可旋转种植槽12中，储水箱7通过设置在底座10内部的管道与喷灌装置9连接，喷灌装置9设置在可对草莓进行喷灌的位置，比如，设置在可旋转种植槽12的上部；另外，考虑对右箱体内部湿度的控制，可同时喷灌装置9内部可设置增压装置，以实现对对整个右箱体内部喷洒水增加湿度，喷灌装置9以及内部的增压装置均与智能控制柜23连接以实现智能控制。

在右箱体8-2内部还设置有温度传感器14和湿度传感器15以及温度控制器16，智能控制柜23接收设置在底座10上温度传感器14和湿度传感器15的信息，从而控制底座10上的温度控制器16和喷灌装置9相应调节温度和湿度。

右箱体8-2侧面上设置有上下方向的导轨2，检测探头3设置在导轨2上，智能控制柜23可以控制检测探头3在导轨2上滑动，进而对植物进行检测，同时检测探头3具有摄影功能，可上下移动的检测探头3与可旋转种植槽12相互配合可以获取到草莓的整体部分的图像。

led光源5、杀菌灯4设置在左右两箱体之间的挡板的最上方，智能控制柜23可以控制杀菌灯4，进而进行除菌灭虫。智能控制柜23可控制led光源5红光、蓝光和黄光光源和光照强度。智能控制柜23可以控制可旋转种植槽12旋转以使得草莓各个部分得到均匀的光照。

空气交换机1设置在右箱体8-2顶部，用于调节空气量。

废液回收槽11设置在右箱体8-2底座内，用于回收废液。

考虑草莓生长过程所需营养，本申请提供的智能草莓种植箱设置有营养液配置器，该营养液配置器通过带开关的导管连接在各个储液罐6底部构成，通过智能控制柜23控制各个开关的开启闭合以实现营养液按照比例配置；储液罐6有制冷制热功能。

智能控制柜23可以进行无线(比如蓝牙或者无线网络)连接移动设备，实现远程实时控制。

种植过程中，检测探头3有摄影功能，检测探头3拍摄得到植物图像后发送给智能控制柜23，植物控制柜23对其进行图像处理，判断出植物的所处的生长周期，从而智能控制led光源选择相应的补光方案，或无线发送给移动设备以便提醒用户采用具体的补光方案。

考虑趣味性种植的观赏乐趣，右箱体侧面一部分采用透明玻璃，便于观赏。

本发明通过智能控制柜23进行控制，智能控制柜23可以控制开关18的打开和关闭以及大小调整，进而控制营养液含量和湿度；智能控制柜23可以控制led红光、蓝光和黄光光源5和光照强度；智能控制柜23可以控制杀菌灯4，进而进行除菌灭虫；智能控制柜23可以控制空气交换机1，进而控制箱体内空气量；智能控制柜23可以控制检测探头3在导轨2上滑动，进而对植物进行检测；智能控制柜23可以控制底座10上的种植槽12进行旋转，进而获得植物led灯的光照和来自检测探头3的检测；智能控制柜可以接受制底座上温度传感器14和湿度传感器15的信息，从而控制底座上温度控制器16和喷灌装置9相应调节温度和湿度；智能控制柜23可以将种植箱的实时情况传递到移动设备，也可以接受来自移动设备的信息。检测探头3可以将拍摄的图像传递给智能控制柜23，进而对图像进行处理分析对比，从而判断植物的所处的生长周期以控制led灯光源，并将植物的生长状况反馈用户。

本发明的营养液通过储液罐6进行分离存放，储液罐6有制冷制热装置以提高营养液储存时间；使用营养液时，控制开关18的打开大小来控制各成分的比例；配置好的营养液暂时储存在管道19中，打开开关20和水泵21后输送到滴灌管网13。储水箱7有两个出水口，一个是通过管道17经管道19流到滴灌管网；另一个通过管道22流到喷管装置9，喷管装置9内置增压装置。废液从种植槽12底部的小孔流入底座10内的废液回收槽11中，种植槽13内使用营养高的草炭土，椰糠作为培养基。

在种植时，将种子或幼苗植入种植槽内，将所需营养液放入初夜罐6中，将储水罐注满水。

种植过程中，可以通过移动设备实时观察植物生长状况和更改生长环境；智能控制柜可以根据植物生长状况将环境控制在最佳状态；可以定期将植物生长状况及此时的照片上传给用户，用户可以将照片进行分享。当植物成熟或达到最佳观赏状态时会进行提醒。

本发明中led光源的设计如下：

考虑植物生长所需光源，led光源设计三种：红光(波长为630nm)、蓝光(波长为470nm)和黄光(波长为590nm)。

在种植初期，设置软件打开红光三盏、蓝光一盏，即光照比例3比1，光照强度均为10000lux，关闭黄光，照射10小时/天，调节照射时间长度可以改变生长周期，时间越长光合作用效果越显著，开花时间越提前，期间保持营养液不间断均匀滴灌。

在草莓开花阶段，设置软件打开开启红光一盏，光照强度均为10000lux，关闭蓝光、黄光，照射10小时/天，调节照射时间长度可以改变生长周期，时间越长结果越提前，期间保持营养液不间断均匀滴灌。

在结果实阶段，开启红光一盏、关闭蓝光和黄光，增加含酸含量，期间保持营养液不间断均匀滴灌。

开启蓝光一盏，关闭红光和黄光，增加蛋白质含量，期间保持营养液不间断均匀滴灌。

开启红蓝黄光不同的配比，比如红光三盏、蓝光一盏、黄光一盏；红光二盏、蓝光一盏、黄光一盏；红、蓝，黄光各一盏，可以实现果实不同口感。

草莓生长过程中，考虑光照强度的影响，可设置光照强度的时间和长短，比如调节光照强度均为10000lux至12000lux，光照时间越长，结果时间越短。光照强度越大，光合作用越显著，促进其生长。(软件系统可中设置最长时间和光照强度值)

本发明中，所采用的数字图像处理检测技术介绍如下：

由于草莓并非在太阳光照射下生长，根据室内种植草莓光源的特点，分别针对不同草莓生长阶段，在三种光照条件下进行数据处理

1种植初期

此时红光三盏、蓝光一盏，即光照比例3比1，光照强度均为10000lux。

首先拍摄并存储种植初期不同草莓叶长度的图片，并进行数字图像处理。在拍摄阶段可以自动调整探头高度及旋转草莓旋转种植槽，以拍摄到完整的图片。与传统太阳光照条件不同，传统太阳光含有多种波长的光源。

训练阶段：需要提取不同时期拍摄的rgb图像中的主颜色，一般选取不同树叶20-30个像素点平均作为主颜色，该颜色以红光下树叶的颜色为主，遍历图像，得到每个像素点对于主颜色的相似度，进行阈值分割，得到树叶的区域。将得到的树叶区域进行灰度转化，根据直方图法取5次阈值平均得到最佳阈值，进行二值化转化，成为黑白图像。提取黑白图像中白色区域树叶的长短径之比大于3、离心率大于0.5小于1、面积大于80个像素。构建训练库。

识别阶段：针对某一生长阶段，重复上述过程，采用训练阶段的二值化阈值，得到树叶的长短径之比、圆离心率、面积特征，采用欧氏距离方法与训练库数据进行比对，若此时树叶的长短径之比趋近于4、离心率趋近于0.5，面积趋近于90个像素，则判断此时树叶在此光照条件下处于种植初期结束及草莓开始开花阶段。

2草莓开花阶段

此时红光一盏，光照强度均为10000lux。

过程同上类似。此部分需要在训练阶段获取花及树叶两部分长短径之比、离心率、面积特征。其中花长短径之比大于1、离心率小于0.5、面积大于10个像素；树叶的长短径之比大于4、离心率大于0.5小于1、面积大于90个像素。

在实际比对时，既要与不同时期的花特征进行比对而且还需要与树叶特征比对，综合两部分判断成熟期。花长短径之比越趋近于1，离心率越趋近于0，面积趋近于20，则判断为开花结束及结果阶段。

3结果实阶段

为实现果实的不同口感，结果实阶段可设置为多种光照条件，比如第1种开启红光、关闭蓝光和黄光；第2种开启蓝光、关闭红光和黄光；第3种红光三盏、蓝光一盏、黄光一盏；第4种红光二盏、蓝光一盏、黄光一盏；第5种红、蓝，黄光各一盏，获取每种光照条件下相应的果实和树叶两部分长短径之比、离心率、面积特征。其中果实长短径之比大于1、离心率小于0.5、面积大于50个像素；

在实际比对时，既要与不同时期的果实特征进行比对而且还需要与树叶特征比对，综合两部分判断成熟期。果实短径之比越趋近于1，离心率越趋近于0，面积趋近于60，则判断为结果结束阶段。

需要进行说明的是，为实现不同果实口感的目的或者仅仅考虑趣味种植的问题，在实际种植中，还可以设置其他光照条件。

此外，还可以在识别阶段，对草莓籽的数量识别，进而综合判断草莓的成熟度。即选取特定光照条件下的某一个草莓籽主颜色，对草莓进行遍历，得到每个与该主颜色相似的像素，根据像素点的数量来判断该摄像头所拍摄一侧草莓籽的多少，与不同时期的草莓籽像素比对，从而判断成熟度。

具体判断条件：拍摄一侧照片，计算草莓籽数量小于10个，判断为生长阶段；超过50个，判断为成熟可采摘。旋转草莓所在可旋转种植槽，拍摄草莓四周所有草莓籽数量，若大于180个，则认为草莓成熟，否组判断为可继续成长阶段。

实施例二

本实施例提供一种智能种植方法，采用实施例一所述的智能种植箱，以种植草莓为例。

采用本申请提供的智能种植方法进行种植草莓，需要设定草莓各个生长阶段的光照条件，比如，如实施例一所述，种植初期，设置红光三盏、蓝光一盏，即光照比例3比1，光照强度均为10000lux；开花阶段，设置红光一盏，光照强度均为10000lux；结果实阶段，根据所要实现草莓的口感，可设置不同的光照组合，比如下述五种：

1、开启红光、关闭蓝光和黄光；

即只开启红光，这种光照条件下，能够使得增加果实中含酸含量。

2、开启蓝光、关闭红光和黄光；

即只开启蓝光，这种光照条件下，能够使得增加果实中蛋白质含量。

3、红光三盏、蓝光一盏、黄光一盏；

4、红光二盏、蓝光一盏、黄光一盏；

5、红、蓝，黄光各一盏；

以上五种光照强度均为10000lux至12000lux。

分别获取上述几种led光照条件下草莓对应生长阶段的图像，进行图像处理(图像处理的内容可参考实施例一所述内容)，获取到各个生长阶段对应的特征阈值，存储于智能控制器中，在实际种植时，通过实施例一所述的智能种植箱获取到草莓的图像，进行图像处理后与预先存储的各个生长阶段对应的特征阈值进行对比以判断出草莓所处生长阶段。

具体的：

1种植初期

此时红光三盏、蓝光一盏，即光照比例3比1，光照强度均为10000lux。

首先拍摄并存储种植初期不同草莓叶长度的图片，并进行数字图像处理。在拍摄阶段可以自动调整探头高度及旋转草莓旋转种植槽，以拍摄到完整的图片。与传统太阳光照条件不同，传统太阳光含有多种波长的光源。

训练阶段：需要提取不同时期拍摄的rgb图像中的主颜色，一般选取不同树叶20-30个像素点平均作为主颜色，该颜色以红光下树叶的颜色为主，遍历图像，得到每个像素点对于主颜色的相似度，进行阈值分割，得到树叶的区域。将得到的树叶区域进行灰度转化，根据直方图法取5次阈值平均得到最佳阈值，进行二值化转化，成为黑白图像。提取黑白图像中白色区域树叶的长短径之比大于3、离心率大于0.5小于1、面积大于80个像素。构建训练库。

识别阶段：针对某一生长阶段，重复上述过程，采用训练阶段的二值化阈值，得到树叶的长短径之比、圆离心率、面积特征，采用欧氏距离方法与训练库数据进行比对，若此时树叶的长短径之比趋近于4、离心率趋近于0.5，面积趋近于90个像素，则判断此时树叶在此光照条件下处于种植初期结束及草莓开始开花阶段。

2草莓开花阶段

此时红光一盏，光照强度均为10000lux。

过程同上类似。此部分需要在训练阶段获取花及树叶两部分长短径之比、离心率、面积特征。其中花长短径之比大于1、离心率小于0.5、面积大于10个像素；树叶的长短径之比大于4、离心率大于0.5小于1、面积大于90个像素。

在实际比对时，既要与不同时期的花特征进行比对而且还需要与树叶特征比对，综合两部分判断成熟期。花长短径之比越趋近于1，离心率越趋近于0，面积趋近于20，则判断为开花结束及结果阶段。

3结果实阶段

获取上述介绍的结果实阶段可设置的5种光照条件下相应的果实和树叶两部分长短径之比、离心率、面积特征。其中果实长短径之比大于1、离心率小于0.5、面积大于50个像素；

在实际比对时，既要与不同时期的果实特征进行比对而且还需要与树叶特征比对，综合两部分判断成熟期。果实短径之比越趋近于1，离心率越趋近于0，面积趋近于60，则判断为结果结束阶段。

在识别阶段，对草莓籽的数量识别，进而综合判断草莓的成熟度。即选取特定光照条件下的某一个草莓籽主颜色，对草莓进行遍历，得到每个与该主颜色相似的像素，根据像素点的数量来判断该摄像头所拍摄一侧草莓籽的多少，与不同时期的草莓籽像素比对，从而判断成熟度。

具体判断条件：拍摄一侧照片，计算草莓籽数量小于10个，判断为生长阶段；超过50个，判断为成熟可采摘。旋转草莓所在可旋转种植槽，拍摄草莓四周所有草莓籽数量，若大于180个，则认为草莓成熟，否组判断为可继续成长阶段。

若草莓所处生长阶段没有发生变化，那么就不需要调整相应的光照条件，如果草莓所处生长阶段发生变化，则对应调整为下一生长阶段的光照条件。

同时，通过智能控制柜控制温湿度以及营养液、水的补充。

本发明通过对led光源照射下的植物图像进行相应的图片处理过程判断出植物所处的生长阶段，从而提供该生长阶段所需的光照、水等条件，并且预先存储led光源照射下植物各个生长阶段的图像特征，从而可以实现植物整个生长周期内均可智能化满足相应的光照和水等条件，满足人们室内种植的要求；同时，本申请提供一种智能种植箱，包括：led光源、智能控制柜、可旋转种植槽、可升降检测探头；通过各部分之间的协作实现对植物整个生长周期的智能化种植。

本发明实施例中的部分步骤，可以利用软件实现，相应的软件程序可以存储在可读取的存储介质中，如光盘或硬盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。