果實重量遙測裝置與方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種果實測量裝置，尤指一種能夠無損測量果實重量的遙測裝置與方 法。
【背景技術】
[0002] 果實重量是果實生長狀況最重要的指標，通過對果實重量的長期觀察研究，改變 其周圍的生長環境因素，例如溫度，濕度，光照等，W提高果實產量。目前的測量方法是先采 摘果實，然后對果實進行稱重，但在采摘屬于破壞性作業，在采摘過程中會人為不可避免的 對果實造成損害，從而影響測量結果，容易對果實成長環境造成錯誤分析。

【發明內容】

[0003] 為了克服現有測量方法對果實造成不可逆的損害，本發明提供一種果實重量遙測 裝置與方法，可W采用無損手段獲得果實的重量。
[0004] 一種果實重量遙測裝置，包括微處理器、觸摸屏、高清攝像頭與紅外測距器，軟件 系統包括基于數據庫的果實顏色識別模塊與果實體積識別模塊。
[0005] 作為上述技術方案的進一步改進：
[0006] 所述高清攝像頭對果實進行拍攝，并通過視覺識別技術對果實的輪廓進行識別與 擬合。
[0007] 所述紅外測距器對采樣位置進行測距，并利用二次樣條插值曲線方法，建立基準 曲線。
[000引所述數據庫建立有果實品種、色譜、平均密度因子與果實重量的關系，并且定義 了各因子與果實重量的相關性，通過已有的數據信息匹配果實顏色識別模塊和果實體積識 別模塊傳送的數據。
[0009] 一種利用上述裝置進行果實重量遙測方法，包含W下步驟：
[0010] 第一步；將果實重量遙測裝置W合適的角度對準選定果實，觸摸屏顯示高清攝像 頭所瞄準的測量果實的圖像與紅外測距器發出的"+"標志，紅外測距器實時測量"+"距離 高清攝像頭的距離d;
[0011] 第二步：通過果實顏色識別模塊獲得果實的顏色像素，并通過視覺識別技術在觸 摸屏上自動實時勾畫出果實的二維輪廓，如果正確則由操作者進行確認，設備將該輪廓圖 像作為經線1進行存儲；
[0012] 第=步；操作者W果實為中屯、移動果實重量遙測裝置，果實的二維輪廓發生變化， 操作者在不同角度上多次確認輪廓圖像，分別存儲為經線2、經線3……經線n;
[0013] 第四步：在不同角度位置上建立輪廓圖像的同時，紅外測距器將多次采樣位置測 距并記錄，得到果實平面的多個采樣點；采用二次樣條插值法通過由多個采樣點來建立本 次采樣的基準圖像，即為紳線；
[0014] 第五步；將果實的基準圖像即紳線橫切由輪廓圖像即經線1、經線2……經線n組 成的近似球體，得到橫切圖；
[0015] 第六步；計算橫切圖中rn，果實橫切圖的面積
[0016] 第^::步：果實體積
[0017] 第八步；計算得出果實的重量G=PV。
[0018] 作為上述技術方案的進一步改進：
[0019] 所述第四步中二次樣條插值法的方法如下：
[0020] 假設有n+1個不同的節點Xi
[0021] X〇<X1< . . . <Xn-i<Xn
[002引 W及n+1節點值心建立一個n階樣條函數
[0023]
[0024] 其中每個Si(x)都是一個K次的多項式，取K= 2,貝1J二次樣條插值函數為：
[0025]
[0026] 通過選擇Z。，然后用遞推關系就可W得到系數Zw。
[0027]
[002引本發明的有益效果在于：本發明通過高清攝像頭和紅外測距器，實現對果實的實 時監控，應用了視覺識別與二次樣條插值曲線方法，對果實的輪廓進行識別與擬合，通過建 立基準曲線計算出的果實體積，并可計算出果實當前的重量顯示在觸摸屏上，最終實現對 果實重量的無損遙控測量。本發明中的數據庫建立有果實品種、色譜、平均密度因子與果實 重量的關系，并且定義了各因子與果實重量的相關性，通過已有的數據信息匹配果實顏色 識別模塊和果實體積識別模塊傳送的數據。本發明避免采摘果實進行測量果實重量而引起 的因觀察個體的改變而導致的測量結果不準確。使用本發明裝置，通過每天1~2次的 非破壞性的連續遙測，可W獲得果實在特定的生長環境中整個生長周期內的完整連續的數 據，為作物研究提供科學準確的數據。
【附圖說明】
[0029] 圖1本發明果實重量遙測裝置的系統圖。
[0030] 圖2為果實的n個輪廓圖像。
[0031] 圖3為5個采樣點。
[0032] 圖4為基于二次樣條插值法的基準圖像。
[0033] 圖5為果實基準圖像的橫切圖。
[0034] 圖6為本發明軟件運行界面一。
[0035] 圖7為本發明軟件運行界面二。
[0036] 圖中；101、微處理器；102、觸摸屏；103、高清攝像頭；104、紅外測距器；105、果實 顏色識別模塊；106、果實體積識別模塊；107、數據庫。
【具體實施方式】
[0037] 下面結合附圖及具體實施例對本發明做進一步詳細的說明。
[003引如圖1所示，本發明的果實重量遙測裝置包括微處理器101、觸摸屏102、高清攝像 頭103與紅外測距器104,軟件系統包括基于數據庫107的果實顏色識別模塊105與果實體 積識別模塊106。
[0039] 實際工作時，通過觸摸屏102輸入測量果實的品種，此時微處理器101從數據庫 107中獲得相應果實的密度P。將果實重量遙測裝置W合適的角度對準選定果實，高清攝 像頭103與紅外測距器104開始工作，觸摸屏102顯示高清攝像頭103所瞄準的測量果實 的圖像，圖像中央上同時會出現一個紅外測距器104發出的"+ "標志，紅外測距器104同時 會實時測量"+"距離高清攝像頭103的距離d。有了果實的距離d后，通過果實顏色識別模 塊105獲得果實的顏色像素，并通過視覺識別技術在觸摸屏102上自動實時勾畫出果實的 二維輪廓，如果正確則由操作者進行確認，設備將該輪廓圖像作為經線1進行存儲。操作者 W果實為中屯、移動果實重量遙測裝置，果實的二維輪廓發生變化，操作者在不同角度上多 次確認輪廓圖像，分別存儲為經線2、經線3……經線n，參見圖2。
[0040] 在不同角度位置上建立輪廓圖像的同時，紅外測距器104將多次采樣位置測距并 記錄，得到果實平面的多個采樣點。如圖3至圖4所示，本發明中采用二次樣條插值法通過 由5個采樣點來建立本次采樣的基準圖像，即為紳線。通過二次樣條插值法擬合曲線的步 驟如下：
[0041] 假設有n+1個不同的節點Xi
[0042] X〇<X1< . . . <Xn-i<Xn
[00創 W及n+1節點值yi，要找到一個n階樣條函數
[0044]
[0045] 其中每個Si(x)都是一個K次的多項式，本發明中K=2,稱為二次樣條插值。
[0046] 二次樣條插值函數為：
[0047]
[0048] 通過選擇Z。，然后用遞推關系就可W得到系數Zw。
[0049]
[0050]如圖5所示，將果實的基準圖像（即紳線）橫切由輪廓圖像（即經線1、經線2…… 經線n)組成的近似球體，得到橫切圖。
[0051] 橫切圖中，r"=sn(h)，sn化）表示第n個基準圖像二次樣條插值曲線函數，果實橫 切圖的面積
[00巧則果實體枝
[0053]最后微處理器101計算得出果實的重量，G=PV。
[0054]圖6與圖7為本發明軟件運行界面。本發明應用了視覺識別與二次樣條插值曲線 方法，對果實的輪廓進行識別與擬合，通過建立基準曲線計算出的果實體積，并可計算出果 實當前的重量顯示在觸摸屏102上，最終實現對果實重量的無損遙控測量。本發明中的數 據庫107建立有果實品種、色譜、平均密度因子與果實重量的關系，并且定義了各因子與果 實重量的相關性，通過已有的數據信息匹配果實顏色識別模塊和果實體積識別模塊傳送的 數據。
[0055]W上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人 員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可W做出若干改進和潤飾，該些改進和潤飾也應 視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1. 一種果實重量遙測裝置，其特征在于：包括微處理器（101)、觸摸屏（102)、高清攝像 頭（103)與紅外測距器（104)，軟件系統包括基于數據庫（107)的果實顏色識別模塊（105) 與果實體積識別模塊（106)。2. 按照權利要求1所述的果實重量遙測裝置方法，其特征在于：所述高清攝像頭（103) 對果實進行拍攝，并通過視覺識別技術對果實的輪廓進行識別與擬合。3. 按照權利要求1所述的果實重量遙測裝置方法，其特征在于：所述紅外測距器（104) 對采樣位置進行測距，并利用二次樣條插值曲線方法，建立基準曲線。4. 按照權利要求1所述的果實重量遙測裝置方法，其特征在于：所述數據庫（107)建 立有果實品種、色譜、平均密度因子與果實重量的關系，并且定義了各因子與果實重量的相 關性，通過已有的數據信息匹配果實顏色識別模塊（105)和果實體積識別模塊（106)傳送 的數據。5. -種利用權利要求1所述的裝置進行果實重量遙測方法，其特征在于包含以下步 驟： 第一步：將果實重量遙測裝置以合適的角度對準選定果實，觸摸屏（102)顯示高清攝 像頭（103)所瞄準的測量果實的圖像與紅外測距器（104)發出的"+"標志，紅外測距器 (104)實時測量"+"距離高清攝像頭（103)的距離d; 第二步：通過果實顏色識別模塊（105)獲得果實的顏色像素，并通過視覺識別技術在 觸摸屏（102)上自動實時勾畫出果實的二維輪廓，如果正確則由操作者進行確認，設備將 該輪廓圖像作為經線1進行存儲； 第三步：操作者以果實為中心移動果實重量遙測裝置，果實的二維輪廓發生變化，操作 者在不同角度上多次確認輪廓圖像，分別存儲為經線2、經線3……經線η ; 第四步：在不同角度位置上建立輪廓圖像的同時，紅外測距器（104)將多次采樣位置 測距并記錄，得到果實平面的多個采樣點；采用二次樣條插值法通過由多個采樣點來建立 本次采樣的基準圖像，即為煒線；第五步：將果實的基準圖像即煒線橫切由輪廓圖像即經線1、經線2……經線η組成的 近似球體，得到橫切圖； 第六步：計算橫切圖中rn，果實橫切圖的面積 第七步：果實體積第八步：計算得出果實的重量G= P V。6. 按照權利要求5所述的果實重量遙測方法，其特征在于：所述第四步中二次樣條插 值法的方法如下： 假設有n+1個不同的節點Xi x〇< X ι< …< xn-i< Xn 以及n+1節點值y1，建立一個η階樣條函數其中每個Si (X)都是一個K次的多項式，取K = 2,則二次樣條插值函數為：通過選擇Ztl，然后用遞推關系就可以得到系數zi+1
【專利摘要】本發明涉及一種果實重量遙測裝置，包括微處理器、觸摸屏、高清攝像頭與紅外測距器，軟件系統包括基于數據庫的果實顏色識別模塊與果實體積識別模塊。本發明通過高清攝像頭和紅外測距器，實現對果實的實時監控，應用了視覺識別與二次樣條插值曲線方法，對果實的輪廓進行識別與擬合，通過建立基準曲線計算出的果實體積，并可計算出果實當前的重量顯示在觸摸屏上，最終實現對果實重量的無損遙控測量。
【IPC分類】G01G19/00
【公開號】CN104977072
【申請號】CN201510299812
【發明人】陳善良, 范志宏
【申請人】上海飛翼農業科技有限公司, 上海工業自動化儀表研究院
【公開日】2015年10月14日
【申請日】2015年6月3日