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硕士论文-对靶变量施药系统靶标识别技术的研究，共106页，55082字
摘 要
对靶变量施药喷雾机能够根据施药靶标的有无和靶标特征的变化选择性地对靶变
量施药，这对提高农药的利用率，减少药液的浪费和环境污染，使资源得到更合理的利
用和降低生产成本，减少化学药剂对环境的破坏等具有重要意义。目前对靶变量施药机
器系统的性能主要受靶标采集识别和喷雾施药系统精准度的影响，靶标识别的精度和速
度直接影响施药系统的精准度和整个机器系统的性能。本文在总结国内外研究的基础
上，对靶标图像的识别处理速度和精度进行了理论研究和设计。完成的工作主要有：
1．对田间自然光照条件下获取的图像进行预处理。预处理阶段充分考虑了田间工
作环境的复杂情况，对图像进行了畸变校正，消除由于镜头抖动等原因带来的图像失真，
并采用中值滤波过滤噪声。
2．对果树图像首先进行了过绿二值化处理，得出绿色植物图像，然后利用分层遗
传算法进行图像边缘检测，将检测结果对边界图像进行填充并转换成二值图像，与经绿
色植物图像转换后的二值图像进行“逻辑与”处理，得出果树树冠靶标。
3．杂草与作物的图像处理，对于小麦等条播作物采用位置特征法分离出杂草；对
于玉米等点播作物，采用距离阈值法进行区域合并，提取区域形状特征，然后通过神经
网络分类器进行杂草分离。
4．采用 MuMega Technologies 公司提供的 VC++中的 CSerial 类实现串行通信，支
持多线程的处理。
5．编写靶标识别软件系统。采用模块化和类的思想，系统主要包含五个模块：图
像预处理模块、植物与背景分割模块、靶标识别处理分类模块（包括果树和玉米、小麦
田间植物）、智能决策模块及帮助模块。图像预处理包括畸变校正、灰度增强、邻域平
均、直方图均衡化和中值滤波；植物与背景分割模块包括超绿阈值分割、H 色调阈值分
割和分割后处理等；靶标识别处理模块包括果树、玉米和小麦的识别及靶标处理、面积
计算；果树识别包括树冠中心识别功能；智能决策模块包括靶标信息的发送。系统软件
界面友好，简单清晰。通过测试，对系统各处理环节耗时进行了对比，基本上可满足实
时处理的要求。
关键词：图像识别；树冠；条播作物；点播作物
目录
摘 要 ......I
ABSTRACT.......... II
1 绪论 ... 1
1.1 立项依据........... 1
1.2 国内外研究现状与分析.... 4
1.2.1 国外施药系统发展现状. 4
1.2.2 国内施药技术发展现状. 6
1.3 研究存在的问题............... 9
1.4 研究内容及技术路线........ 9
1.4.1 研究的内容.... 9
1.4.2 技术路线和研究方法... 10
2 自动对靶喷雾系统总体概述............. 11
2.1 引言 11
2.2 喷药系统整体设计.......... 11
2.3 施药系统组成与原理...... 13
2.4 本章小结......... 14
3 图像采集和预处理............ 15
3.1 待喷洒植物图像获取..... 15
3.1.1 果树图像获取............... 15
3.1.2 杂草图像获取............... 16
3.2 图像预处理.... 18
3.2.1 灰度变换增强............... 19
3.2.2 直方图均衡化............... 20
3.3 图像畸变校正. 22
3.3.1 研究方法一.. 23
3.3.1.1 相关理论... 23
3.3.1.2 标定结果... 24
3.3.1.3 校正畸变图像............ 25
3.3.2 研究方法二.. 26
3.3.2.1 相关理论... 26
3.3.2.2 方法的实现................ 28
3.4 本章小结......... 32
4 图像分割及靶标识别........ 33
4.1 彩色空间选择与特征分析............... 33
4.1.1 图像分割概述............... 33
4.1.2 彩色空间选择............... 34
4.1.3 分割特征分析............... 35
4.2 植物与背景的阈值分割. 39
4.2.1 分割方法对比............... 39
4.2.2 阈值确定...... 42
4.3 基于边界分割的果树树形与绿色背景的分割 45
4.3.1 分层遗传算法实现果树树冠边缘检测 ......... 48
4.3.2 用分层遗传算法设计梯度算子... 48
4.3.3 检测结果..... 49
4.3.4 树冠最终确定.............. 50
4.4 杂草与作物分割.............. 51
4.4.1 条播作物与杂草分割... 51
4.4.2 点播作物与杂草分割... 55
4.5 分割后去除噪声.............. 60
4.6 靶标面积确定. 61
4.7 本章小结......... 61
5 目标定位及信息传送........ 63
5.1 目标定位方法概述......... 63
5.2 软件实现........ 66
5.3 通信协议........ 66
5.3.1 制定通信协议应考虑问题............ 67
5.3.2 单片机通信协议内容... 68
5.3.3 接口通信协议............... 69
5.3.4 软件控制实现............... 70
5.3.5 软件仿真...... 72
5.4 本章小结......... 73
6 靶标识别软件系统............ 74
6.1 开发工具和环境简介...... 74
6.2 软件系统设计. 74
6.2.1 系统概述...... 74
6.2.2 系统框架...... 74
6.3 本章小结......... 81
7 结论与建议....... 82
7.1 研究结论......... 82
7.2 建议与展望..... 83
参考文献 .............. 84
致谢 ..... 88