本發(fā)明涉及植物病害自動檢測技術領域，具體地說，涉及一種自走式葉綠素熒光圖像采集機器人及其采集方法。

背景技術：

在傳統(tǒng)農業(yè)中，通常是通過人工方式對農作物的病蟲害等情況進行檢測，不僅勞動強度大、效率低，且無法及時有效地對農作物病蟲害等情況進行監(jiān)測并提供預警。

熒光成像光譜分析技術具有靈敏度高、線性范圍寬及不影響植株的生長等優(yōu)點，對植物病害進行檢測，在植物病害檢測方面得到了比較廣泛的應用，其中，利用葉綠素熒光可對植物的生長情況及各類營養(yǎng)元素缺乏癥狀進行鑒別。

公開號為CN104034710A的專利文獻中公開了一種基于葉綠素熒光及成像技術的植物病害檢測方法及裝置，檢測方法包括(1)利用藍光激發(fā)活體植物葉片的葉綠素熒光，通過相機和濾光片采集得到葉綠素熒光圖像；(2)對葉綠素熒光圖像進行圖像預處理，得到活體植物葉片部位的灰度圖；(3)將灰度圖進行圖像分割得到子圖像,并提取子圖像的紋理特征和葉脈特征參數(shù)，將兩個特征參數(shù)輸入分類器進行判斷；(4)根據(jù)活體植物葉片的紋理特征和葉脈特征參數(shù)，判別出健康和病害兩類植物。檢測裝置包括光照箱、光源、計算機、彩色高速相機、放置活體植物葉片的采集平臺；在光照箱內的底面向上，依次同軸裝有采集平臺，光源和彩色高速相機，彩色高速相機上的可調鏡頭朝下，可調鏡頭上裝有濾光片，彩色高速相機通過Camera Link線與計算機相連。雖然其裝置為便攜式熒光儀，但是其工作效率仍偏低，難以及時進行植物病害檢測并預警。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種自走式葉綠素熒光圖像采集機器人，以替代人工對被測植株的葉綠素熒光圖像進行批量采集，降低人工工作強度、提高工作效率的同時，能對植物病害進行及時檢測、預警；

本發(fā)明的另一目的是提供一種使用上述自走式葉綠素熒光圖像采集機器人進行葉綠素熒光圖像采集的方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的自走式葉綠素熒光圖像采集機器人包括驅動系統(tǒng)及搭載在該驅動系統(tǒng)上的便攜式葉綠素熒光成像系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、導航系統(tǒng)與控制系統(tǒng)；驅動系統(tǒng)包括車體、安裝在該車體上受控制系統(tǒng)控制的動力裝置及安裝在車體兩側受動力裝置驅動的車輪；便攜式葉綠素熒光成像系統(tǒng)通過支架懸掛于車體的一側；電源系統(tǒng)與動力裝置、控制系統(tǒng)、便攜式葉綠素熒光成像系統(tǒng)及導航系統(tǒng)電連接；控制系統(tǒng)與導航系統(tǒng)及便攜式葉綠素熒光成像系統(tǒng)通訊連接。

利用該機器人，可以根據(jù)事先規(guī)劃好的采集路徑，控制系統(tǒng)依據(jù)采集路徑規(guī)劃及導航系統(tǒng)反饋的信息，控制驅動系統(tǒng)行駛至不同位置處對不同被測植株依次進行葉綠素熒光圖像采集，從而可對種植區(qū)域內的被測植株進行成批次、自動地采集，以減少人工工作強度、提高工作效率，并且可不間歇地采集，以能及時地對植物病害進行檢測、預警。

具體的方案為位于車體兩側的車輪受動力裝置驅動地獨立轉動。便于在采集過程中沿采集路徑規(guī)劃進行前進、后退、左轉彎及右轉彎。

另一個具體的方案為導航系統(tǒng)包括安裝在車體上的陀螺儀定位器及用于測量車體一側與其側旁物體間間距的測距傳感器。

另一個具體的方案為支架為可調支架?？筛鶕?jù)種植區(qū)域與被測植株的實際情況調節(jié)便攜式葉綠素熒光成像系統(tǒng)的相對位置，提高該人的適應范圍。

再一個具體的方案為車體另一側固設有平衡便攜式葉綠素熒光成像系統(tǒng)的重量的配重塊。提高采集過程中的穩(wěn)定性。

優(yōu)選的方案為控制系統(tǒng)包括處理器及與處理器通訊連接的存儲器，存儲器存儲有機器人在種植區(qū)域內采集葉綠素熒光圖像過程的采集路徑規(guī)劃，采集路徑規(guī)劃包括機器人的行走路徑、停頓位置及采集單株熒光圖像的時間，處理器用于：獲取采集路徑規(guī)劃；控制驅動系統(tǒng)按行走路徑與停頓位置行駛，并接收導航系統(tǒng)反饋的位置信息及車體與被測植株間的間距；依據(jù)預設間距范圍，控制驅動系統(tǒng)調整車體與被測植株間的間距；在停頓位置處，按采集單株熒光圖像的時間，控制便攜式葉綠素熒光成像系統(tǒng)采集被測植株的葉綠素熒光圖像；存儲采集到的葉綠素熒光圖像。

為了實現(xiàn)上述另一目的，本發(fā)明提供采用上述任一技術方案所描述自走式葉綠素熒光圖像采集機器人進行葉綠素熒光圖像采集的方法包括采集路徑規(guī)劃步驟、初始化步驟及采集步驟；采集路徑規(guī)劃步驟包括依據(jù)種植區(qū)中被測植株的分布情況，按照對被測植株進行圖像采集的先后順序設置機器人在種植區(qū)內的行走路徑、停頓時間及采集單株熒光圖像的時間；初始化步驟包括依據(jù)被測植株的尺寸，調整便攜式葉綠素熒光成像系統(tǒng)的鏡頭與被測植株間的垂向間距，并設置車體與被測植株間的間距范圍；采集步驟包括在夜間環(huán)境下，使用自走式葉綠素熒光圖像采集機器人按照行走路徑、停頓位置及采集單株熒光圖像的時間，對被測植株進行葉綠素熒光圖像采集，并保存采集到的葉綠素熒光圖像。

附圖說明

圖1是本發(fā)明自走式葉綠素熒光圖像采集機器人實施例的結構示意圖；

圖2是使用本發(fā)明自走式葉綠素熒光圖像采集機器人實施例進行葉綠素熒光圖像采集的方法的工作流程圖；

圖3是使用本發(fā)明自走式葉綠素熒光圖像采集機器人實施例對被測植株進行葉綠素熒光圖像采集的過程示意圖。

具體實施方式

以下結合實施例及其附圖對本發(fā)明作進一步說明。

參見圖1，自走式熒光圖像采集機器人包括便攜式葉綠素熒光成像系統(tǒng)2、驅動系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、導航系統(tǒng)及控制系統(tǒng)。電源系統(tǒng)包括與其他系統(tǒng)電連接的可充電電池組，以為它們的正常工作提供電源。

便攜式葉綠素熒光成像系統(tǒng)2包括LED光源、攝像機、散熱器及濾光片。

驅動系統(tǒng)包括車體10及安裝在車體10內的動力裝置、安裝在車體右側的配重塊與安裝在車體10下方的車輪11、12，動力裝置受控制系統(tǒng)控制地驅動車輪11與車輪12獨立轉動，以實現(xiàn)整個采集機器人的前進、轉彎及后退動作?？沙潆婋姵亟M安裝在車體10內。

便攜式葉綠素熒光成像系統(tǒng)2通過可調支架3安裝車體的左側部上，從而利用配重塊13對其進行平衡，以保證車體在行駛過程中的穩(wěn)定性。

導航系統(tǒng)包括安裝車體上的陀螺儀定位器及測距傳感器14，測距傳感器14可選自激光測距傳感器、超聲波測距傳感器等，測距傳感器14位于車體頂部右側邊緣處，用于測量車體1與其右側物體間間距，比如，與位于其右側的被測植株間的間距；陀螺儀定位器用于檢測器行進方向與距離。

控制系統(tǒng)包括用于控制其他系統(tǒng)正常工作的處理器及用于存儲便攜式葉綠素熒光成像系統(tǒng)2拍攝數(shù)據(jù)與機器人在種植區(qū)域內采集葉綠素熒光圖像過程的采集路徑規(guī)劃的存儲器，其中，采集路徑規(guī)劃包括機器人的行走路徑、停頓位置及采集單株熒光圖像的時間。

處理器用于從存儲器中獲取采集路徑規(guī)劃；用于控制驅動系統(tǒng)按行走路徑與停頓位置行駛，并接收陀螺儀定位器反饋的位置信息及測距傳感器14測得車體與被測植株間的間距；用于依據(jù)預設間距范圍，控制驅動系統(tǒng)調整車體與被測植株間的間距；用于在停頓位置處，按采集單株熒光圖像的時間，控制便攜式葉綠素熒光成像系統(tǒng)采集被測植株的葉綠素熒光圖像；用于將采集到的葉綠素熒光圖像存儲至存儲器中。

參見圖2，使用該自走式葉綠素熒光圖像采集機器人對被測植株進行葉綠素熒光圖像采集的方法包括采集路徑規(guī)劃步驟S1，初始化步驟S2及采集步驟S3，在本實施例中，對如圖3所示種植區(qū)域內的植物進行葉綠素熒光圖像采集，該種植區(qū)域共有四列被測植株01、02、03及04，每列植物包括12棵相距預定株行距的被測植株，相鄰兩列被測植株間具有通道，分別位通道05、06及04。

采集路徑規(guī)劃步驟S1，根據(jù)該種植區(qū)域情況，即對種植區(qū)域內被測植株進行葉綠素熒光圖像采集的先后順序，規(guī)劃并設置自走式葉綠素熒光圖像采集機器人的行走路徑、停頓時間及采集單株熒光圖像的時間；在本實施例中，由于被測植株采用常見的列植方式種植，將機器人的行走路徑規(guī)劃為沿第一列植物左側通道向上直行、90度右轉、90度左轉、沿通道05向下后退、90度右轉、90度左轉、沿通道06向上直行、90度右轉、90度左轉、沿通道07向下后退，并根據(jù)事先測量得到種植區(qū)域的長寬數(shù)據(jù)以及列間距、株行距的數(shù)據(jù)，設計具體行走路徑中對單株被測植株進行采集的停頓位置及單株葉綠素熒光圖像采集的時間，停頓位置為每株被測植株的位置側旁。

初始化步驟S2，根據(jù)被測植株的高度以及種植區(qū)域情況，調整可調支架3，使便攜式葉綠素熒光成像系統(tǒng)2的攝像機鏡頭位于被測植株上方預設高度范圍內，在本實施例中，為5厘米左右。

采集步驟S3，基于導航系統(tǒng)中陀螺儀定位儀獲取的定位數(shù)據(jù)及測距傳感器獲取車體與被測植株間的間距，處理器根據(jù)規(guī)劃好的行走路徑，控制驅動系統(tǒng)驅動整個自走式熒光圖像采集機器人按照預定行走路徑行走，并按照預設的停頓位置與停頓時間，停頓時間包括單株葉綠素熒光圖像采集時間與調整啟動時間，對被測植株進行葉綠素熒光圖像的采集，并保存至存儲器中以便日后提取及后續(xù)處理。該采集實驗為在晚上進行，以滿足在葉綠素熒光圖像采集前需要對植株進行暗適應處理的要求；并在實際的行走過程中，通過測距傳感器14測得的車體10與位于其右側的被測植株011、012、013等之間的相對距離D1，并將測得數(shù)據(jù)與預設基準值進行比較，并根據(jù)比較結果對車體10與被測植株間間距進行微調，如果距離大于基準值，則通過調整兩側車輪速度差，以將車體行進方向往右側微調，如果距離小于標準值，則將行進方向往左側微調，從而保證便攜式葉綠素熒光成像系統(tǒng)2能夠準確地位于待測植株上方。

以上所述的實施例對本發(fā)明的技術方案和有益效果進行了詳細說明，應理解的是以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的原則范圍內所做的任何修改、補充和等同替換等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。