發(fā)布時(shí)間：2017-09-19 14:23

第 1 章 緒 論

1.1 研究背景及意義

植物是人類和動(dòng)物的重要食物來源，是維持生態(tài)環(huán)境健康和食物鏈穩(wěn)定的重要組成。在人類的日常生活中，植物在醫(yī)療、食品、生活用品等方面都有著不可或缺的重要用途，例如我們學(xué)習(xí)的紙筆、我們穿的服裝材料纖維、我們搭建的溫室大棚等等[1]。為了滿足我們的日常生活所需，農(nóng)民每日深入農(nóng)田辛苦工作，這不僅要求農(nóng)民花費(fèi)大量時(shí)間，也需要大量的勞動(dòng)力。隨著各種先進(jìn)技術(shù)的迅猛發(fā)展，智能化、自動(dòng)化、機(jī)械化將會(huì)成為農(nóng)業(yè)的未來發(fā)展方向[2]。自從農(nóng)業(yè)中應(yīng)用了智能化設(shè)備，農(nóng)民不再像以前那樣需要時(shí)刻深入農(nóng)田中勞動(dòng)，既降低了日常工作強(qiáng)度，又使得農(nóng)民的收入穩(wěn)步增加。溫室大棚的出現(xiàn)，使得農(nóng)作物及花卉可以一年四季都生長(zhǎng)在適宜的環(huán)境中而不必受季節(jié)變化及環(huán)境變化的影響，像一些只有一個(gè)季節(jié)能種的蔬菜、水果等，在溫室大棚中就可以一年四季都種植。不僅為農(nóng)民改善了依賴過往經(jīng)驗(yàn)的工作方式，還解放了勞動(dòng)力，獲得了很好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益[3]。

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1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及分析

在國(guó)外，早期開始使用溫室大棚種植作物的是歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，例如美國(guó)、日本、以色列等國(guó)家最先在溫室大棚中通過儀器設(shè)備采集各種環(huán)境因子，并比較預(yù)先設(shè)置的閾值來進(jìn)行參數(shù)調(diào)控，使農(nóng)業(yè)具有自動(dòng)、智能、高效的特點(diǎn)[8]。早在 30 年代初，美國(guó)一所名叫 COMPBELL 的公司生產(chǎn)了田間數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)基本功能，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，但其功能比較單一化。隨著計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，80 年代時(shí)期美國(guó)幾家公司在研發(fā)了一種新型的智能設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)機(jī)器的自動(dòng)澆水，，并得到廣泛應(yīng)用[9]。近年來，由于科技的高速發(fā)展，美國(guó)在農(nóng)業(yè)方面也有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，將 GPRS 技術(shù)和最新的遙感技術(shù)運(yùn)用于大棚種植中，并取得了很好的成效。工作人員通過遠(yuǎn)程的信號(hào)接收裝置就可以監(jiān)測(cè)到溫室內(nèi)的所有環(huán)境參數(shù)[10]。

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第 2 章 基于圖像處理的植物葉片識(shí)別分類器的設(shè)計(jì)

2.1 圖像預(yù)處理

在對(duì)圖像進(jìn)行識(shí)別研究之前，為了提高提取參數(shù)的準(zhǔn)確性，減少環(huán)境因素對(duì)圖像造成的影響一般都會(huì)對(duì)圖像進(jìn)行不同方式的預(yù)處理，使圖像具有信息精煉、獨(dú)特性強(qiáng)等特點(diǎn)。溫室大棚內(nèi)的植物種類繁多，本章以番茄葉子為例，其經(jīng)過預(yù)處理后的圖像如下圖 2-1 所示。當(dāng)圖像經(jīng)過灰度化處理后，得到的二值化目標(biāo)圖像會(huì)更精準(zhǔn)，故灰度化往往是預(yù)處理中的第一步。我們通過攝像頭所采取的葉片圖像都是彩色的，而所謂灰度化就是將這些圖像通過算法轉(zhuǎn)變?yōu)榛叶鹊�，即我們通常所說的黑白照片。

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2.2 葉片特征提取

研究者們?cè)诜治鋈~片問題時(shí)，經(jīng)常會(huì)提取葉片的幾何特征，因此研究出來的提取方法相對(duì)成熟，并在圖像識(shí)別領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。通過上一節(jié)對(duì)圖像的預(yù)處理，我們已經(jīng)得到了待識(shí)別葉片的分割后的輪廓信息，而幾何特征的提取就是要從輪廓圖像中獲得[24]。

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第 3 章 智能視覺監(jiān)控系統(tǒng)的整體硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)...............23

3.1 系統(tǒng)的整體硬件結(jié)構(gòu)...............23

3.2 系統(tǒng)主控芯片的選擇及電路設(shè)計(jì)................24

第 4 章 嵌入式軟件開發(fā)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)...............34

4.1 Linux 交叉編譯環(huán)境的搭建................34

4.2 U-Boot 的移植...............35

第 5 章 上位機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)...............43

5.1 嵌入式 Boa 服務(wù)器的構(gòu)建...............43

5.2 CGI 的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)...............44

第 5 章 上位機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

5.1 嵌入式 Boa 服務(wù)器的構(gòu)建

在帶有 Linux 環(huán)境的 PC 機(jī)端，構(gòu)建一款可在網(wǎng)頁(yè)上執(zhí)行的 Boa 服務(wù)器。其性能穩(wěn)定并且應(yīng)用十分廣泛，并且占用內(nèi)存空間小，執(zhí)行時(shí)的空間也較小，具有很多優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)樵谝恍┣度胧降脑O(shè)計(jì)應(yīng)用中，經(jīng)常會(huì)用到 Boa 服務(wù)器，工作人員通過系統(tǒng)用戶名密碼登陸設(shè)置，可以自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)設(shè)計(jì)的網(wǎng)頁(yè)中，再應(yīng)用 CGI 技術(shù)來管理調(diào)控硬件裝置。Boa 服務(wù)器對(duì)于本文設(shè)計(jì)的智能視覺監(jiān)控系統(tǒng)起到非常重要的作用，系統(tǒng)要想實(shí)現(xiàn)通過網(wǎng)頁(yè)查看數(shù)據(jù)及操控設(shè)備，就需要通過 Boa 服務(wù)器來回應(yīng)網(wǎng)頁(yè)的命令[40]。當(dāng) Boa 服務(wù)器收到瀏覽器發(fā)送的命令時(shí)，就會(huì)把指令傳送到 CGI 來處理和響應(yīng)，經(jīng)過預(yù)先編輯好的程序代碼，實(shí)現(xiàn)所需要的功能，并將信息再次反饋到服務(wù)器中，發(fā)送到瀏覽器上顯示出來，這樣就實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)頁(yè)的遠(yuǎn)程操作。其信息處理示意圖如下圖 5-1 所示。

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5.2 CGI 的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

CGI (Common Gateway Interface)是一種應(yīng)用十分廣泛的交互接口，在嵌入式軟件設(shè)計(jì)中，經(jīng)常應(yīng)用它來連接網(wǎng)頁(yè)和外部代碼。CGI 的代碼編寫語(yǔ)言有很多種，其中最常見并且常用的是 C 語(yǔ)言，因此本文也選用 C 來作為 CGI 的設(shè)計(jì)語(yǔ)言。HTML 網(wǎng)頁(yè)應(yīng)用廣泛，與 CGI 共同工作后會(huì)解決很多單靠 HTML難以實(shí)現(xiàn)的功能，通過運(yùn)用 CGI 技術(shù)，服務(wù)器與客戶端之間就可以進(jìn)行高效快速的信息傳送[41]。CGI 可以將輸入的信息進(jìn)行解析處理，然后將結(jié)果傳送到服務(wù)器端再傳送到瀏覽器來完成數(shù)據(jù)的交互。CGI 的工作步驟示意圖如圖 5-2 所示。

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結(jié)論

本文分通過結(jié)合人類目前的生活環(huán)境狀況和我國(guó)的基本國(guó)情，闡述分析了農(nóng)業(yè)監(jiān)控設(shè)備的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，并確定了這篇論文的立題思想，設(shè)計(jì)了一種嵌入式農(nóng)業(yè)智能視覺監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)運(yùn)用數(shù)字圖像、嵌入式、ZigBee 和GPRS 無線通信技術(shù)來實(shí)現(xiàn)農(nóng)民足不出戶就能查看農(nóng)田生長(zhǎng)狀況的功能。本文按功能將系統(tǒng)分成了四大部分，分別為圖像采集處理、環(huán)境采集控制、集中控制和手持控制模塊。主要實(shí)現(xiàn)了植物葉片種類的識(shí)別，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)植物生長(zhǎng)中的環(huán)境因子，并且根據(jù)數(shù)據(jù)范圍來控制大棚內(nèi)裝置。工作人員還可以通過登錄上位機(jī)監(jiān)控界面查看植物葉片的種類識(shí)別結(jié)果以及各個(gè)環(huán)境參數(shù)，通過點(diǎn)擊按鍵即可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)裝置的調(diào)控。本文完成的主要工作及結(jié)論如下：1．完成了對(duì)溫室內(nèi)植物生長(zhǎng)狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，在對(duì)采集到的葉片圖像進(jìn)行灰度化、去噪、分割、輪廓提取預(yù)處理后，提取了葉片的幾何及紋理特征，應(yīng)用克隆選擇算法及支持向量機(jī)對(duì)葉片進(jìn)行樣本訓(xùn)練，建立識(shí)別分類器并提高了葉片識(shí)別率和識(shí)別速度。

參考文獻(xiàn)（略）

本文編號(hào)：882138