機(jī)器視覺技術(shù)在植保無人機(jī)中的應(yīng)用

1、簡介

在20世紀(jì)90年代，在研究上投入巨大資源的無人機(jī)技術(shù)取得了很大進(jìn)步。材料科學(xué)迅速發(fā)展，新材料開發(fā)出來了。在無人機(jī)使用后，無人機(jī)的飛行時(shí)間和飛行距離有了很大改善。隨著通信技術(shù)的提高，無人機(jī)的圖像傳輸和運(yùn)用效率大大提高。隨著無人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，人們不再僅僅為了軍事目的而使用無人機(jī)。在民間和商業(yè)活動(dòng)中，無人機(jī)也開始發(fā)揮巨大作用。森林火災(zāi)的監(jiān)視也是其中之一。山火，燒叢林樹木，燒動(dòng)物，引起森林生態(tài)環(huán)境不平衡，對(duì)森林和森林生態(tài)系統(tǒng)造成很大損害。如果山火在時(shí)間內(nèi)不受控制，森林所造成的損失將非常嚴(yán)重。因此，在時(shí)間內(nèi)檢測山火，為了控制它們而編制人員的方法很重要。結(jié)合機(jī)器視覺和無人機(jī)技術(shù)，作物保護(hù)無人機(jī)在農(nóng)田上盤旋巡邏，并使用各種高級(jí)傳感器進(jìn)行砍伐。這將為農(nóng)戶帶來豐收，并實(shí)時(shí)為政府服務(wù)提供準(zhǔn)確的信息。

2、國內(nèi)外的機(jī)器視覺技術(shù)在植保無人機(jī)的開發(fā)狀況和動(dòng)向

山火的發(fā)生是任何國家都不想發(fā)生的自然災(zāi)害。為了應(yīng)對(duì)山火，各國的研究人員傾注了巨大的勞力和汗水，積極地開發(fā)了山火監(jiān)視技術(shù)。我國早在階段就開始了山火監(jiān)測和預(yù)防技術(shù)的開發(fā)和研究，對(duì)森林火災(zāi)預(yù)防技術(shù)的極大關(guān)注也使研究處于主導(dǎo)地位。山火的監(jiān)視是從突擊隊(duì)的肉眼觀察開始的。另一方面，他們公布并推廣森林防火知識(shí)，以防止入山人群引發(fā)火災(zāi)。另一方面，在從展望臺(tái)看不到的死角巡邏。一旦檢測到火災(zāi)，立即報(bào)告并計(jì)劃進(jìn)行撲救。此監(jiān)控方法受巡邏人員自身限制，只能確認(rèn)部分地點(diǎn)，如果發(fā)現(xiàn)可疑火災(zāi)，則無法準(zhǔn)確定位火災(zāi)地點(diǎn)。由于交通管制，巡邏人員只能檢查邊緣附近森林的一部分，在偏遠(yuǎn)地區(qū)什么都做不了。隨著無人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，人們不再僅僅為了軍事目的而使用無人機(jī)。在民間和商業(yè)活動(dòng)中，無人機(jī)也開始發(fā)揮巨大作用。森林火災(zāi)的監(jiān)視也是其中之一。山火，燒叢林樹木，燒動(dòng)物，引起森林生態(tài)環(huán)境不平衡，對(duì)森林和森林生態(tài)系統(tǒng)造成很大損害。如果山火在時(shí)間內(nèi)不受控制，森林所造成的損失將非常嚴(yán)重。因此，在時(shí)間內(nèi)檢測山火，為了控制它們而編制人員的方法很重要。

3、機(jī)器視覺在無人機(jī)圖像處理與識(shí)別方法

無人機(jī)圖像識(shí)別處理系統(tǒng)分為無人機(jī)和地面站兩部分。無人機(jī)是搭載了機(jī)器視覺的監(jiān)視前端，地面站是監(jiān)視終端。相機(jī)通過支架固定在無人機(jī)下，當(dāng)相機(jī)捕獲的圖像通過視頻編碼壓縮后，數(shù)據(jù)將通過2.4G無線通信模塊發(fā)送到地面進(jìn)行分析。整個(gè)系統(tǒng)的流程如圖1所示。


圖1計(jì)算機(jī)圖像識(shí)別過程

對(duì)于無人機(jī)圖像植被識(shí)別方法，主要涉及的主要技術(shù)方法包括：無人機(jī)圖像航空照片平臺(tái)和過程、無人機(jī)圖像質(zhì)量圖像系數(shù)、方法無人機(jī)圖像預(yù)處理、無人機(jī)圖像拼接、圖像對(duì)象特征提取技術(shù)、圖像匹配技術(shù)、圖像分割功能培訓(xùn)等。

1）圖像的灰度處理。圖像預(yù)處理的主要目的是改善圖像，消除圖像干擾和視覺圖像發(fā)送過程中產(chǎn)生的噪聲。這主要是為了準(zhǔn)備圖像的后處理，以使圖像與預(yù)期更加一致。圖像預(yù)處理不是向圖像添加信息，而是通過它來提高區(qū)分特定信息的識(shí)別系統(tǒng)的能力。獲取圖像后，處理圖像的第一步是將圖像設(shè)置為灰度。這是因?yàn)閳D像去噪功能的平均過濾器和中值過濾器僅適用于單通道。因此，首先將彩色圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像。圖像的灰度處理如圖2所示。


圖2灰度圖像

2）圖像直方圖均衡化。大多數(shù)情況下，圖像的灰度分布在比較窄的范圍內(nèi)，因此圖像不夠清晰。通過直方圖對(duì)圖像進(jìn)行校正后，圖像的第一個(gè)小灰度間隔將被放大并重合，以達(dá)到圖像增強(qiáng)的目的。

a）計(jì)算要處理的圖像的直方圖，找到Pr（rk）=nk/N。

b）然后轉(zhuǎn)換計(jì)算的直方圖

c）獲取轉(zhuǎn)換后的直方圖。如圖3所示。


圖3直方圖均衡化

4、機(jī)器視覺和GIS

由于GIS是空間信息的處理，所以可以從GIS地圖中獲取地理空間信息的直觀印象，通過GIS可以獲取特征與周圍特征的關(guān)系（主要是地形關(guān)系、相鄰）等其他很多信息。關(guān)系、包含、分離）、從道路到周邊地區(qū)的噪聲污染（緩沖分析）等地面對(duì)象的特定屬性的影響范圍等。使用GIS可以獲取顯示的內(nèi)容，并在地圖上獲取更多信息。此外，由于GIS結(jié)合了屬性信息和空間信息，因此可以更直觀地理解該信息。GIS技術(shù)與機(jī)器視覺相結(jié)合，可以快速定位農(nóng)業(yè)害蟲和山火的地點(diǎn)，并將地點(diǎn)坐標(biāo)返回控制終端，以應(yīng)對(duì)巡邏過程中植保無人機(jī)遇到的問題。

西安德伍拓自動(dòng)化傳動(dòng)系統(tǒng)有限公司在機(jī)器視覺領(lǐng)域擁有超過10年的項(xiàng)目開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，在機(jī)器視覺的應(yīng)用領(lǐng)域上有著眾多成功的案例。公司自成立以來一直以來致力于機(jī)器視覺的集成、研發(fā)、應(yīng)用，為客戶提供整體機(jī)器視覺解決方案，把機(jī)器視覺技術(shù)應(yīng)用到智能生產(chǎn)中。