根据实际施工作情况,以及实时图像采集处理要求,传输带的速度以2~3 m/s为佳。选用的电动机的转速为1 440 r/min,由带轮直径d=0.12 m得到传输带的速度达到10 m/s。
1.2.2 图像采集(机器视觉)装置图像采集装置由CCD摄像头、图像采集卡、PC机组成。CCD摄像头为Panasonic WV-CP450 ColorCCTV Camera,配套镜头为Panasonic Auto IrisLens LA9C3AE。摄像头连同三脚架放置在距传输带1.12 m处,镜头与树叶同高,其基线与传输带运动方向垂直。图像采集卡型号为Miro VIDEO DC30Plus,支持彩色图像采集,最大分辨率为712×534像素。采集卡插在PC的PCI插槽上,卡上的视频复合端子接收CCD摄像头采集到的模拟视频信号,并将信号数字化,供系统后续使用。当传输带带动树叶转动时,配合开发的软件,机器视觉装置便可采集到连续的树叶运动图像。
1.2.3 自动精确施药装置
自动精确施药装置由单片机、喷雾台架、喷头系统等组成。将若干个喷头布置在喷雾架横梁上,以此来测试图像处理和喷雾决策结果的正误。每个喷头由一个二位二通电磁阀来控制其开闭。电磁阀的控制信号由单片机的I/O端口提供。电磁阀工作电压为220V,单片机发出的控制指令为5 V,因此在电磁阀和下位机之间接中间继电器,喷头连同电磁阀和继电器一同安装在盒子上。图2为喷头控制原理图。
1.3 系统软件组成
开发了两套软件系统:一套用VC开发,是基于Windows平台的应用程序,用于控制硬件实现目标图像采集、图像分割、智能决策、信息发送等功能;另一套由汇编编写,运行于单片机上,实现信息接收、喷雾指令发送功能。
1.3.1 图像采集
利用Microsoft公司提供的VFW(Video ForWindows)开发了Capture类,实现模拟运动树木图像的连续采集。视频流中帧图像的格式由图像采集卡和PC机显示卡决定,本系统中为DIB(设备无关位图)格式。利用Capture类的关键帧提取功能,从视频流中提取出特定的关键帧进行分析处理,从而减轻CPU负担。
1.3.2 图像分割
采集到的图像要进行图像分割,将目标树木从背景中分割出来。典型的基于颜色的分割算法将获取的图像从RGB模型转化为HSI模型,以此来削弱光照强度的影响。但色彩模型的转换非常耗时,对于实时性要求高的场合,这些图像分割算法根本不适用。文献[6]指出,彩色图像像素的RGB灰度级在很大程度上依赖于光照强度。在不同的光照条件下,直接用RGB值来进行识别会导致错误的结果。而利用简单的算术操作来组合RGB分量形成相对色彩因子(relative color indices)进行彩色图像分割可以大大降低光照强度的影响。