基于壓縮感知的變量噴霧靶標(biāo)圖像云端傳輸與遠(yuǎn)程觀測(cè)系統(tǒng)及方法技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于壓縮感知的變量噴霧靶標(biāo)圖像云端傳輸與遠(yuǎn)程觀測(cè)系統(tǒng)及方法，第一部分主要是傳感器模塊將采集到的信息傳輸?shù)娇刂颇K；控制模塊先對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理、將采集到的彩色圖像數(shù)據(jù)和深度圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣壓縮，然后通過無線傳輸模塊依次發(fā)送到云端。第二部分為圖像重構(gòu)部分：首先該步驟主要通過本地計(jì)算機(jī)利用壓縮感知理論中的重構(gòu)算法將下載的數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu)，得到完整的彩色圖像數(shù)據(jù)和深度圖像數(shù)據(jù)，然后對(duì)彩色圖像和深度圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到三維重構(gòu)圖像及必要的修復(fù)等工作。該系統(tǒng)利用壓縮感知理論與農(nóng)業(yè)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)遠(yuǎn)程智能化、可視化的目的，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)植物的歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，有利于對(duì)病蟲害的分析。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種利用云端進(jìn)行遠(yuǎn)程圖像傳輸?shù)姆椒ǎ绕涫且环N基于壓縮感知的農(nóng)業(yè)精密噴霧過程中的無線圖像傳輸方法。
技術(shù)介紹
我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)作物的噴霧施藥是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中不可避免的一步，然而如何遠(yuǎn)程監(jiān)控農(nóng)作物的生長(zhǎng)姿態(tài)，判斷是否需要施藥、噴灌等則是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)自動(dòng)化、現(xiàn)代化的關(guān)鍵組成部分。目前，國(guó)內(nèi)大部分噴霧施藥還未實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，對(duì)農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)的觀測(cè)還大多依靠人眼觀察，對(duì)于大規(guī)模的種植和植物維護(hù)而言耗費(fèi)時(shí)間多、準(zhǔn)確性低，進(jìn)而導(dǎo)致植物發(fā)生病蟲害或者需要噴灌時(shí)不能得到及時(shí)有效的處理。本專利技術(shù)利用使用壓縮感知理論知識(shí)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行大幅壓縮，借助云端存儲(chǔ)功能，是用戶可以遠(yuǎn)程地對(duì)植株的生長(zhǎng)姿態(tài)進(jìn)行了解，判斷是否需要使用農(nóng)藥，使農(nóng)藥使用時(shí)機(jī)更準(zhǔn)確，替代以往的肉眼近距離觀察，一定程度上實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)目的在于克服以往肉眼近距離觀測(cè)植株生長(zhǎng)狀態(tài)費(fèi)時(shí)費(fèi)力的缺陷，提供一種基于壓縮感知的變量噴霧靶標(biāo)圖像云端傳輸與遠(yuǎn)程觀測(cè)系統(tǒng)，使其能夠?qū)崟r(shí)采集植株的彩色圖像和深度圖像，控制模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理并利用壓縮感知理論中的算法將采集到的大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣壓縮，通過無線傳輸模塊將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送到云端，用戶端則通過重構(gòu)算法將云端下載下來的數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu)并利用三維重構(gòu)算法將圖像融合成三維圖像。通過該系統(tǒng)，用戶可以通過觀察三維圖像遠(yuǎn)距離得知植株的生長(zhǎng)狀態(tài)，為植株病蟲害治理提供依據(jù)。本專利技術(shù)通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，一種基于壓縮感知的變量噴霧靶標(biāo)圖像云端傳輸與遠(yuǎn)程觀測(cè)系統(tǒng)，包括兩個(gè)部分；第一部分為圖像采集及傳輸部分，共三個(gè)模塊：傳感器模塊、控制模塊、無線傳輸模塊，第二部分為圖像重構(gòu)部分，包括網(wǎng)絡(luò)模塊、重構(gòu)模塊、顯示模塊；所述的傳感器模塊采集噴霧機(jī)在行進(jìn)過程中道路兩邊的植株信息，通過網(wǎng)絡(luò)端口和USB端口傳輸?shù)娇刂剖覂?nèi)的主機(jī)，為精密噴霧和利用壓縮感知的圖像云端傳輸提供數(shù)據(jù)；所述的控制模塊一方面控制精密噴霧機(jī)的噴霧，另一方面對(duì)傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，然后通過壓縮感知理論的測(cè)量矩陣進(jìn)行采樣壓縮，并控制無線傳輸模塊實(shí)時(shí)地將壓縮后的數(shù)據(jù)發(fā)送到云端；所述的圖像重構(gòu)部分中，網(wǎng)絡(luò)模塊先從云端加載壓縮后的數(shù)據(jù)，重構(gòu)模塊使用重構(gòu)矩陣進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)恢復(fù)，利用三維重構(gòu)算法對(duì)其進(jìn)行三維重構(gòu)，最后顯示模塊顯示出重構(gòu)出來的三維圖像。進(jìn)一步，所述的傳感器模塊由彩色攝像機(jī)和激光傳感器組成，其采集數(shù)據(jù)的對(duì)象為噴霧機(jī)在行進(jìn)過程中的道路兩側(cè)的植株的彩色圖像信息以及深度圖像信息，所述彩色攝像機(jī)持續(xù)對(duì)兩側(cè)的植株的彩色圖像進(jìn)行采集并通過USB端口將數(shù)據(jù)傳送到控制模塊；所述激光傳感器對(duì)噴霧機(jī)經(jīng)過的兩側(cè)植株深度信息進(jìn)行持續(xù)采集并通過網(wǎng)絡(luò)端口實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)傳送到控制模塊。進(jìn)一步，所述的激光傳感器以旋轉(zhuǎn)掃描的方式工作，每間隔0.5度掃描一次，每秒鐘旋轉(zhuǎn)50圈。進(jìn)一步，所述的控制模塊一方面對(duì)傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，另一方面控制噴霧機(jī)進(jìn)行精密噴霧，此外，控制模塊還控制無線傳輸模塊發(fā)送數(shù)據(jù)。進(jìn)一步，所述無線傳輸模塊是通過網(wǎng)絡(luò)端口與控制模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，以保證數(shù)據(jù)的交互速度。本專利技術(shù)的方法的技術(shù)方案為：一種基于壓縮感知的變量噴霧靶標(biāo)圖像云端傳輸與遠(yuǎn)程觀測(cè)方法，包括以下步驟：步驟1，傳感器模塊采集信息：本部分共包含兩個(gè)傳感器，分別是彩色攝像頭和激光傳感器，兩個(gè)傳感器同時(shí)工作，采集植株信息并傳送到控制單元；步驟2，控制模塊對(duì)傳感器模塊得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理部分包括對(duì)激光傳感器數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換，將數(shù)據(jù)從極坐標(biāo)轉(zhuǎn)化到直角坐標(biāo)系中，然后將彩色傳感器的數(shù)據(jù)與激光傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)齊，得到帶有深度數(shù)據(jù)的彩色圖像；根據(jù)限制距離參數(shù)設(shè)置去除距離外其他數(shù)據(jù)，得到類似柱狀數(shù)據(jù)帶，最后去除植株外無用數(shù)據(jù)；步驟3，對(duì)預(yù)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣壓縮，對(duì)應(yīng)于彩色圖像數(shù)據(jù)和激光傳感器數(shù)據(jù)的不同特點(diǎn)，分別采用不同的測(cè)量矩陣對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣壓縮，并將壓縮后的數(shù)據(jù)通過無線發(fā)射終端傳輸?shù)皆贫耍徊襟E4，網(wǎng)絡(luò)模塊從云端加載數(shù)據(jù)，重構(gòu)模塊進(jìn)行重構(gòu)：數(shù)據(jù)下載完整之后得到壓縮后的彩色圖像數(shù)據(jù)和深度圖像數(shù)據(jù)，分別使用重構(gòu)算法中的對(duì)應(yīng)于不同壓縮矩陣的不同重構(gòu)算法分別將彩色圖像采樣壓縮數(shù)據(jù)流和深度圖像采樣壓縮數(shù)據(jù)流進(jìn)行重構(gòu)，得到重構(gòu)后的彩色圖像和深度圖像；步驟5，對(duì)數(shù)據(jù)三維重構(gòu)，使用小波變換原理將彩色圖像和深度圖像進(jìn)行三維重構(gòu)，得到植株的三維圖像，并存儲(chǔ)到歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中，同時(shí)可以在顯示屏中顯示。進(jìn)一步，控制模塊對(duì)數(shù)據(jù)的處理分為兩部分，首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括對(duì)激光傳感器采集到數(shù)據(jù)的格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換、按照實(shí)際距離進(jìn)行限距去除距離以外數(shù)據(jù)、去除目的數(shù)據(jù)以外的無用數(shù)據(jù)，其后是利用壓縮感知理論中的匹配追蹤算法對(duì)其進(jìn)行采樣壓縮。本專利技術(shù)具有以下技術(shù)效果：1)本專利技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)采集植株的彩色圖像和深度圖像，控制模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理并利用壓縮感知理論中的算法將采集到的大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣壓縮，通過無線傳輸模塊將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送到云端，用戶端則通過重構(gòu)算法將云端下載下來的數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu)并利用三維重構(gòu)算法將圖像融合成三維圖像。通過該系統(tǒng)，用戶可以通過觀察三維圖像遠(yuǎn)距離得知植株的生長(zhǎng)狀態(tài)，為植株病蟲害治理提供依據(jù)。2)對(duì)彩色圖像和深度圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到三維重構(gòu)圖像及必要的修復(fù)等工作，此時(shí)將重構(gòu)后的三維圖像存入歷史數(shù)據(jù)庫(kù)同時(shí)展示到用戶桌面以便于用戶查看。該系統(tǒng)利用壓縮感知理論與農(nóng)業(yè)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)遠(yuǎn)程智能化、可視化的目的，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)植物的歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，有利于對(duì)病蟲害的分析。附圖說明圖1為圖像采集及傳輸原理框圖；圖2為圖像重構(gòu)原理框圖；圖3為圖像采集及傳輸流程圖；圖4為圖像重構(gòu)流程圖。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖對(duì)本專利技術(shù)的系統(tǒng)作進(jìn)一步描述。如圖1-2所示，本實(shí)例包括七個(gè)模塊：傳感器模塊、控制模塊、無線傳輸模塊、網(wǎng)絡(luò)模塊、重構(gòu)模塊、顯示模塊、存儲(chǔ)模塊。傳感器模塊包括彩色攝像機(jī)1、激光傳感器2，這兩個(gè)設(shè)備將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到控制模塊；控制模塊由預(yù)處理單元3、采樣壓縮單元4、無線模塊控制單元5構(gòu)成，其中預(yù)處理單元3接收來自傳感器模塊發(fā)送來的數(shù)據(jù)，預(yù)處理單元3對(duì)彩色攝像機(jī)1送來的數(shù)據(jù)進(jìn)行色系轉(zhuǎn)換，對(duì)激光傳感器2送來的深度圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)制轉(zhuǎn)換、限距、除雜處理，預(yù)處理單元3完成工作后將數(shù)據(jù)送到采樣壓縮單元4；采樣壓縮單元4主要負(fù)責(zé)對(duì)預(yù)處理單元3送來的數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣壓縮，其中對(duì)彩色圖像數(shù)據(jù)和深度圖像數(shù)據(jù)分別采用了不同的測(cè)量矩陣，彩色圖像數(shù)據(jù)和深度圖像數(shù)據(jù)經(jīng)采樣壓縮之后變成了數(shù)據(jù)流，此時(shí)數(shù)據(jù)流放在無線發(fā)射器6的接收端口，等待無線發(fā)射器6的接收，控制模塊中的無線模塊控制單元5是用于控制無線發(fā)射器控制單元7，使整個(gè)發(fā)送過程不出錯(cuò)；無線傳輸模塊由無線發(fā)射器6和無線控制單元7組成，無線發(fā)射器6受無線發(fā)射器控制單元控制，而無線發(fā)射器控制單元7接受無線模塊控制單元5控制，當(dāng)采樣壓縮完成的數(shù)據(jù)放到無線發(fā)射器6的接受端口時(shí)，無線模塊控制單元5發(fā)送接收命令到無線發(fā)射器控制單元7，由無線發(fā)射器控制單元7對(duì)無線發(fā)射器發(fā)出接收命令，并把數(shù)據(jù)發(fā)送到云端，等待當(dāng)前數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后反饋信息到無線發(fā)射器控制單元7，此時(shí)無線發(fā)射器控制單元7控制無線發(fā)射器6暫停工作，并將信息反饋到無線模塊控制單元5，無線模塊控制單元5將信息反饋到采樣壓縮單元4，此時(shí)可將數(shù)據(jù)繼續(xù)放到無線發(fā)射器6的接收端口。圖像重構(gòu)部分分為四個(gè)模塊：網(wǎng)絡(luò)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于壓縮感知的變量噴霧靶標(biāo)圖像云端傳輸與遠(yuǎn)程觀測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括兩個(gè)部分；第一部分為圖像采集及傳輸部分，共三個(gè)模塊：傳感器模塊、控制模塊、無線傳輸模塊，第二部分為圖像重構(gòu)部分，包括網(wǎng)絡(luò)模塊、重構(gòu)模塊、顯示模塊；所述的傳感器模塊采集噴霧機(jī)在行進(jìn)過程中道路兩邊的植株信息，通過網(wǎng)絡(luò)端口和USB端口傳輸?shù)娇刂剖覂?nèi)的主機(jī)，為精密噴霧和利用壓縮感知的圖像云端傳輸提供數(shù)據(jù)；所述的控制模塊一方面控制精密噴霧機(jī)的噴霧，另一方面對(duì)傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，然后通過壓縮感知理論的測(cè)量矩陣進(jìn)行采樣壓縮，并控制無線傳輸模塊實(shí)時(shí)地將壓縮后的數(shù)據(jù)發(fā)送到云端；所述的圖像重構(gòu)部分中，網(wǎng)絡(luò)模塊先從云端加載壓縮后的數(shù)據(jù)，重構(gòu)模塊使用重構(gòu)矩陣進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)恢復(fù)，利用三維重構(gòu)算法對(duì)其進(jìn)行三維重構(gòu)，最后顯示模塊顯示出重構(gòu)出來的三維圖像。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于壓縮感知的變量噴霧靶標(biāo)圖像云端傳輸與遠(yuǎn)程觀測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括兩個(gè)部分；第一部分為圖像采集及傳輸部分，共三個(gè)模塊：傳感器模塊、控制模塊、無線傳輸模塊，第二部分為圖像重構(gòu)部分，包括網(wǎng)絡(luò)模塊、重構(gòu)模塊、顯示模塊；所述的傳感器模塊采集噴霧機(jī)在行進(jìn)過程中道路兩邊的植株信息，通過網(wǎng)絡(luò)端口和USB端口傳輸?shù)娇刂剖覂?nèi)的主機(jī)，為精密噴霧和利用壓縮感知的圖像云端傳輸提供數(shù)據(jù)；所述的控制模塊一方面控制精密噴霧機(jī)的噴霧，另一方面對(duì)傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，然后通過壓縮感知理論的測(cè)量矩陣進(jìn)行采樣壓縮，并控制無線傳輸模塊實(shí)時(shí)地將壓縮后的數(shù)據(jù)發(fā)送到云端；所述的圖像重構(gòu)部分中，網(wǎng)絡(luò)模塊先從云端加載壓縮后的數(shù)據(jù)，重構(gòu)模塊使用重構(gòu)矩陣進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)恢復(fù)，利用三維重構(gòu)算法對(duì)其進(jìn)行三維重構(gòu)，最后顯示模塊顯示出重構(gòu)出來的三維圖像。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于壓縮感知的變量噴霧靶標(biāo)圖像云端傳輸與遠(yuǎn)程觀測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述的傳感器模塊由彩色攝像機(jī)和激光傳感器組成，其采集數(shù)據(jù)的對(duì)象為噴霧機(jī)在行進(jìn)過程中的道路兩側(cè)的植株的彩色圖像信息以及深度圖像信息，所述彩色攝像機(jī)持續(xù)對(duì)兩側(cè)的植株的彩色圖像進(jìn)行采集并通過USB端口將數(shù)據(jù)傳送到控制模塊；所述激光傳感器對(duì)噴霧機(jī)經(jīng)過的兩側(cè)植株深度信息進(jìn)行持續(xù)采集并通過網(wǎng)絡(luò)端口實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)傳送到控制模塊。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于壓縮感知的變量噴霧靶標(biāo)圖像云端傳輸與遠(yuǎn)程觀測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述的激光傳感器以旋轉(zhuǎn)掃描的方式工作，每間隔0.5度掃描一次，每秒鐘旋轉(zhuǎn)50圈。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于壓縮感知的變量噴霧靶標(biāo)圖像云端傳輸與遠(yuǎn)程觀測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述的控制模塊一方面對(duì)傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，另一方面控制噴霧機(jī)進(jìn)行精密噴霧，此外，控制模塊還控制無線傳輸模塊發(fā)送數(shù)據(jù)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：沈躍，潘成凱，劉慧，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：江蘇大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：江蘇;32