CN104597051A - 基于品种鉴别的西红柿成熟度检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于品种鉴别的西红柿成熟度检测系统，包括无线通信接口、图像采集器、品种识别器和成熟度检测仪，图像采集器对一株西红柿拍摄以获得西红柿图像，品种识别器与图像采集器和无线通信接口连接，基于西红柿图像识别出西红柿品种，并将西红柿品种通过无线通信接口发送到远端的农林管理服务器处，以获得返回的、与西红柿品种对应的成熟度数据，成熟度检测仪与无线通信接口和品种识别器分别连接，用于基于成熟度数据识别出西红柿图像对应的整株西红柿成熟度。通过本发明，能够通过与远端的农林管理服务器的信息交换，实现对整株西红柿成熟度的自动判断，同时保证了与西红柿品种对应的成熟度数据的安全性。

Description

基于品种鉴别的西红柿成熟度检测系统

技术领域

本发明涉及农作物检测领域，尤其涉及一种基于品种鉴别的西红柿成熟度检测系统。

背景技术

在农业生产中，农作物的成熟度判断非常关键，如果成熟度判断失误，可能造成不菲的经济损失，例如，对于尚未成熟的农作物进行采摘，会导致采摘到的农产品无法销售，同样，如果对于已经成熟的农作物未能判断为成熟，则会耽误最佳的采摘时间段，甚至容易导致农产品烂在农田里。因而，只有准确判断出农作物是否成熟，以决定是否收获农产品，才能保证农业经营部门和农作人员的经济利益。

然而，传统的农作物成熟度判断主要依赖于农作人员的历史经验，即凭据肉眼基于所观测到的农产品的颜色和状态来完成判断，例如成熟度与颜色关系密切的西红柿，仅凭借西红柿的颜色即可判断西红柿是否成熟。但是这种方式过于依赖人工、判断效率和准确度不高。也有一些农业经营部门采用可视化仪器现场勘测农产品的成熟度，但是往往需要将一些重要数据保存在仪器的存储器中以作为参考数据，这种本地参考数据的保存方式容易导致数据的泄漏，使得农业经营部门研究人员的多年辛苦试验的结果被他人窃取。

因此，需要一种新的农作物成熟度检测设备，既能替代传统的人工检测模式，采用电子仪器自动完成检测，又能保证关键数据的安全性，从而最大程度地保证农业相关部门的经济利益。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于品种鉴别的西红柿成熟度检测系统，首先基于采集到的西红柿图像判断西红柿品种，随后，基于无线通信技术完成与远端农林管理服务器进行信息交互，以获得与西红柿品种对应的成熟度关键数据，最后基于西红柿图像和成熟度关键数据判断整株西红柿的成熟度等级，其中还采用了用户登录机制进一步保证系统的安全性。

根据本发明的一方面，提供了一种基于品种鉴别的西红柿成熟度检测系统，所述检测系统包括无线通信接口、图像采集器、品种识别器和成熟度检测仪，所述图像采集器对一株西红柿拍摄以获得西红柿图像，所述品种识别器与所述图像采集器和所述无线通信接口连接，基于所述西红柿图像识别出西红柿品种，并将所述西红柿品种通过所述无线通信接口发送到远端的农林管理服务器处，以获得返回的、与所述西红柿品种对应的成熟度数据，所述成熟度检测仪与所述无线通信接口和所述品种识别器分别连接，用于基于所述成熟度数据识别出所述西红柿图像对应的整株西红柿成熟度。

更具体地，在所述基于品种鉴别的西红柿成熟度检测系统中，还包括：用户输入设备，用于根据用户的操作，接收用户输入的用户名和用户密码；授权管理设备，与所述用户输入设备和所述无线通信接口分别连接，接收所述用户名和所述用户密码，将所述用户名和所述用户密码通过所述无线通信接口无线发送到所述农林管理服务器处，以接收通过所述无线通信接口返回的、来自所述农林管理服务器的验证结果，并在验证结果为未通过时，锁定所述检测系统，在验证结果为通过时，保持所述检测系统的运行；存储器，预先存储了各个品种的西红柿图像模板，所述各个品种的西红柿图像模板为各个品种的西红柿的基准灰度图像，还用于预先存储西红柿上限灰度阈值和西红柿下限灰度阈值，所述西红柿上限灰度阈值和所述西红柿下限灰度阈值用于将图像中的每颗西红柿和背景分离，所述存储器还预先存储了整株西红柿的各个成熟度等级；所述品种识别器包括图像预处理器件和品种匹配器件，所述图像预处理器件与所述存储器连接，用于对所述西红柿图像依次执行对比度增强、高斯平滑滤波和灰度化处理，以输出灰度化西红柿图像，所述品种匹配器件与所述图像预处理器件和所述存储器分别连接，将所述灰度化西红柿图像与所述各个品种的西红柿的基准灰度图像逐一匹配，以获得匹配到的西红柿品种；所述无线通信接口获得的成熟度数据包括成熟度阈值和判定数量阈值，所述成熟度阈值为一灰度值；所述成熟度检测仪与所述无线通信接口、所述图像预处理器件和所述存储器分别连接，所述成熟度检测仪将所述灰度化西红柿图像中灰度值在所述西红柿上限灰度阈值和所述西红柿下限灰度阈值之间的像素识别并组成多个西红柿图案，针对每一个西红柿图案，统计像素灰度值小于等于所述成熟度阈值的像素数量，当统计的像素数量大于等于所述判定数量阈值时，确定所述西红柿图案对应的西红柿为成熟，当所述像素数量小于所述判定数量阈值时，确定所述预设图案对应的西红柿为未成熟，基于多个西红柿图案的西红柿的成熟确定结果统计并输出整株西红柿的成熟度；主控制器，与所述成熟度检测仪和所述存储器分别连接，基于所述整株西红柿的成熟度和所述整株西红柿的各个成熟度等级，确定所述整株西红柿的成熟度的对应成熟度等级；液晶显示屏，与所述主控制器连接，以实时显示所述整株西红柿的成熟度的对应成熟度等级；双声道扬声器，与所述主控制器连接，以实时播放所述整株西红柿的成熟度的对应成熟度等级；电力供应设备，与所述主控制器连接，以在所述主控制器的控制下，为所述检测系统提供多个用电模式，所述多个用电模式包括省电模式和正常用电模式；其中，所述主控制器还与所述授权管理设备连接，以在所述验证结果为通过时，控制所述电力供应设备以使得所述检测系统进入正常用电模式，在所述验证结果为未通过时，控制所述电力供应设备以使得所述检测系统进入省电模式。

更具体地，在所述基于品种鉴别的西红柿成熟度检测系统中，所述无线通信接口为GPRS移动通信接口、3G移动通信接口和4G移动通信接口中的一种。

更具体地，在所述基于品种鉴别的西红柿成熟度检测系统中，将所述存储器、所述主控制器和所述无线通信接口集成在一块集成电路板上。

更具体地，在所述基于品种鉴别的西红柿成熟度检测系统中，所述主控制器在自身资源占有率为20％以下时，替换所述成熟度检测仪的全部操作，并在自身资源占有率为20％以上时，结束对所述成熟度检测仪的全部操作的替换。

附图说明

以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：

图1为根据本发明实施方案示出的基于品种鉴别的西红柿成熟度检测系统的结构方框图。

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的基于品种鉴别的西红柿成熟度检测系统的实施方案进行详细说明。

农作物的生长具有周期性，因而有一定的规律可循，有经验的农作人员能够通过观察农作物的生长状态就能确定农作物的生长阶段，尤其是农产品的成熟度与颜色密切相关的品种，例如西红柿。西红柿颜色为青色发白时，西红柿尚未成熟，颜色越红，成熟度等级越高。

现有的西红柿成熟度检测手段，除了原有的人工检测模式以外，也有一些研制的检测仪器被应用，例如，拍摄的西红柿图像的灰度值越大，说明西红柿颜色越偏白，成熟度等级较低，反之，拍摄的西红柿图像的灰度值越小，说明西红柿颜色越偏紫红，成熟度等级较高。

不论是现有的人工检测模式，还是现有的仪器检测模式，都存在一定的缺陷，例如，前者因为过于依赖人工的历史经验，而每一个农作人员的经验不一，导致判断的结果也存在误差，而后者虽然在一定程度上提高了西红柿成熟度检测手段的自动化水平和准确性，但由于其依赖的农林部门研究人员的重要研究数据都在本地保存，没有任何的加密方式，容易被他人窃取。

为了克服上述不足，本发明搭建了一种基于品种鉴别的西红柿成熟度检测系统，采用仪器的方式实现对西红柿成熟度的自动检测，而且在系统中增加了数据远程访问机制和本地用户登录管理机制，在成熟度检测的两个阶段对仪器参考数据的安全提供了保障。

图1为根据本发明实施方案示出的基于品种鉴别的西红柿成熟度检测系统的结构方框图，所述检测系统包括：无线通信接口1、图像采集器2、主控制器3、品种识别器4和成熟度检测仪5，所述主控制器3与所述无线通信接口1、图像采集器2、品种识别器4和成熟度检测仪5分别连接，用于对连接的各个设备进行控制和数据交互。

其中，所述图像采集器2对一株西红柿拍摄以获得西红柿图像，所述品种识别器4与所述图像采集器2和所述无线通信接口1连接，基于所述西红柿图像识别出西红柿品种，并将所述西红柿品种通过所述无线通信接口1发送到远端的农林管理服务器处，以获得返回的、与所述西红柿品种对应的成熟度数据，所述成熟度检测仪5与所述无线通信接口1和所述品种识别器4分别连接，用于基于所述成熟度数据识别出所述西红柿图像对应的整株西红柿成熟度。

接着，继续对本发明的基于品种鉴别的西红柿成熟度检测系统的具体结构进行进一步的说明。

所述检测系统还包括：用户输入设备，用于根据用户的操作，接收用户输入的用户名和用户密码。

所述检测系统还包括：授权管理设备，与所述用户输入设备和所述无线通信接口1分别连接，接收所述用户名和所述用户密码，将所述用户名和所述用户密码通过所述无线通信接口1无线发送到所述农林管理服务器处，以接收通过所述无线通信接口1返回的、来自所述农林管理服务器的验证结果，并在验证结果为未通过时，锁定所述检测系统，在验证结果为通过时，保持所述检测系统的运行。

所述检测系统还包括：存储器，预先存储了各个品种的西红柿图像模板，所述各个品种的西红柿图像模板为各个品种的西红柿的基准灰度图像，还用于预先存储西红柿上限灰度阈值和西红柿下限灰度阈值，所述西红柿上限灰度阈值和所述西红柿下限灰度阈值用于将图像中的每颗西红柿和背景分离，所述存储器还预先存储了整株西红柿的各个成熟度等级。

所述品种识别器4包括图像预处理器件和品种匹配器件，所述图像预处理器件与所述存储器连接，用于对所述西红柿图像依次执行对比度增强、高斯平滑滤波和灰度化处理，以输出灰度化西红柿图像，所述品种匹配器件4与所述图像预处理器件和所述存储器分别连接，将所述灰度化西红柿图像与所述各个品种的西红柿的基准灰度图像逐一匹配，以获得匹配到的西红柿品种。

所述无线通信接口1获得的成熟度数据包括成熟度阈值和判定数量阈值，所述成熟度阈值为一灰度值；所述成熟度检测仪5与所述无线通信接口1、所述图像预处理器件和所述存储器分别连接。

所述成熟度检测仪5将所述灰度化西红柿图像中灰度值在所述西红柿上限灰度阈值和所述西红柿下限灰度阈值之间的像素识别并组成多个西红柿图案，针对每一个西红柿图案，统计像素灰度值小于等于所述成熟度阈值的像素数量，当统计的像素数量大于等于所述判定数量阈值时，确定所述西红柿图案对应的西红柿为成熟，当所述像素数量小于所述判定数量阈值时，确定所述预设图案对应的西红柿为未成熟，并基于多个西红柿图案的西红柿的成熟确定结果统计并输出整株西红柿的成熟度。

所述主控制器3与所述成熟度检测仪5和所述存储器分别连接，基于所述整株西红柿的成熟度和所述整株西红柿的各个成熟度等级，确定所述整株西红柿的成熟度的对应成熟度等级。

所述检测系统还包括：液晶显示屏，与所述主控制器3连接，以实时显示所述整株西红柿的成熟度的对应成熟度等级。

所述检测系统还包括：双声道扬声器，与所述主控制器3连接，以实时播放所述整株西红柿的成熟度的对应成熟度等级。

所述检测系统还包括：电力供应设备，与所述主控制器3连接，以在所述主控制器3的控制下，为所述检测系统提供多个用电模式，所述多个用电模式包括省电模式和正常用电模式。

其中，所述主控制器3还与所述授权管理设备连接，以在所述验证结果为通过时，控制所述电力供应设备以使得所述检测系统进入正常用电模式，在所述验证结果为未通过时，控制所述电力供应设备以使得所述检测系统进入省电模式。

其中，在所述检测系统中，所述无线通信接口1可选为GPRS移动通信接口、3G移动通信接口和4G移动通信接口中的一种，可以将所述存储器、所述主控制器3和所述无线通信接口1集成在一块集成电路板上，所述主控制器3在自身资源占有率为20％以下时，可选择替换所述成熟度检测仪5的全部操作，并在自身资源占有率为20％以上时，选择结束对所述成熟度检测仪5的全部操作的替换。

另外，西红柿，学名番茄(Tomato)。在秘鲁和墨西哥，最初称之为“狼桃”。是全球种植地域较广、种植数量较多的农作物之一。

西红柿具有以下特征：全体生粘质腺毛，有强烈气味，茎易倒伏，叶羽状复叶或羽状深裂，小叶极不规则，大小不等，卵形或矩圆形，边缘有不规则锯齿或裂片。花萼辐状，裂片披针形，果时宿存；花冠辐状，黄色。浆果扁球状或近球状，肉质而多汁液，桔黄色或鲜红色，光滑；种子主要为红色。花果期夏秋季。番茄是喜温、喜光性蔬菜，对土壤条件要求不太严格，但为获得丰产，促进根系良好发育，应选用土层深厚，排水良好，富含有机质的肥沃壤土。

西红柿食用人群遍布全球，主意因为其具有较高的药用价值和食用价值。

西红柿具有如下药用价值：营养丰富，具特殊风味，具有减肥瘦身、消除疲劳、增进食欲、提高对蛋白质的消化、减少胃胀食积等功效。番茄具有止血、降压、利尿、健胃消食、生津止渴、清热解毒、凉血平肝的功效。由于番茄中维生素A、维生素C的比例合适，所以常吃可增强小血管功能，预防血管老化。番茄中的类黄酮，既有降低毛细血管的通透性和防止其破裂的作用，还有预防血管硬化的特殊功效，可以预防宫颈癌、膀胱癌和胰腺癌等疾病；另外，还可以美容和治愈口疮(可含些番茄汁，使其接触疮面，每次数分钟，每日数次，效果显著)。

西红柿具有如下食用价值：据营养学家研究测定，每人每天食用50-100克鲜番茄，即可满足人体对几种维生素和矿物质的需要。番茄含的“番茄素”，有抑制细菌的作用；含的苹果酸、柠檬酸和糖类，番茄富含胡萝卜素、维生素C、维生素B以及维生素B2和钙、磷、钾、镁、铁、锌、铜等多种元素，还含有蛋白质、糖类、有机酸、纤维素。

采用本发明的基于品种鉴别的西红柿成熟度检测系统，针对现有检测系统或偏人工或缺乏重要数据保护机制的技术问题，通过对现有的西红柿成熟度检测仪器进行改造，通过无线通信技术和登陆验证机制对西红柿成熟度的相关数据进行保护，避免农林部门研究人员的重要研究成果被本地泄露，一方面提高了系统的安全性，另一方面，仪器化的检测机制也保障了检测的准确性。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (5)

1.一种基于品种鉴别的西红柿成熟度检测系统，其特征在于，所述检测系统包括无线通信接口、图像采集器、品种识别器和成熟度检测仪，所述图像采集器对一株西红柿拍摄以获得西红柿图像，所述品种识别器与所述图像采集器和所述无线通信接口连接，基于所述西红柿图像识别出西红柿品种，并将所述西红柿品种通过所述无线通信接口发送到远端的农林管理服务器处，以获得返回的、与所述西红柿品种对应的成熟度数据，所述成熟度检测仪与所述无线通信接口和所述品种识别器分别连接，用于基于所述成熟度数据识别出所述西红柿图像对应的整株西红柿成熟度。

2.如权利要求1所述的基于品种鉴别的西红柿成熟度检测系统，其特征在于，所述检测系统还包括：

用户输入设备，用于根据用户的操作，接收用户输入的用户名和用户密码；

授权管理设备，与所述用户输入设备和所述无线通信接口分别连接，接收所述用户名和所述用户密码，将所述用户名和所述用户密码通过所述无线通信接口无线发送到所述农林管理服务器处，以接收通过所述无线通信接口返回的、来自所述农林管理服务器的验证结果，并在验证结果为未通过时，锁定所述检测系统，在验证结果为通过时，保持所述检测系统的运行；

存储器，预先存储了各个品种的西红柿图像模板，所述各个品种的西红柿图像模板为各个品种的西红柿的基准灰度图像，还用于预先存储西红柿上限灰度阈值和西红柿下限灰度阈值，所述西红柿上限灰度阈值和所述西红柿下限灰度阈值用于将图像中的每颗西红柿和背景分离，所述存储器还预先存储了整株西红柿的各个成熟度等级；

所述品种识别器包括图像预处理器件和品种匹配器件，所述图像预处理器件与所述存储器连接，用于对所述西红柿图像依次执行对比度增强、高斯平滑滤波和灰度化处理，以输出灰度化西红柿图像，所述品种匹配器件与所述图像预处理器件和所述存储器分别连接，将所述灰度化西红柿图像与所述各个品种的西红柿的基准灰度图像逐一匹配，以获得匹配到的西红柿品种；

所述无线通信接口获得的成熟度数据包括成熟度阈值和判定数量阈值，所述成熟度阈值为一灰度值；

所述成熟度检测仪与所述无线通信接口、所述图像预处理器件和所述存储器分别连接，所述成熟度检测仪将所述灰度化西红柿图像中灰度值在所述西红柿上限灰度阈值和所述西红柿下限灰度阈值之间的像素识别并组成多个西红柿图案，针对每一个西红柿图案，统计像素灰度值小于等于所述成熟度阈值的像素数量，当统计的像素数量大于等于所述判定数量阈值时，确定所述西红柿图案对应的西红柿为成熟，当所述像素数量小于所述判定数量阈值时，确定所述预设图案对应的西红柿为未成熟，基于多个西红柿图案的西红柿的成熟确定结果统计并输出整株西红柿的成熟度；

主控制器，与所述成熟度检测仪和所述存储器分别连接，基于所述整株西红柿的成熟度和所述整株西红柿的各个成熟度等级，确定所述整株西红柿的成熟度的对应成熟度等级；

液晶显示屏，与所述主控制器连接，以实时显示所述整株西红柿的成熟度的对应成熟度等级；

双声道扬声器，与所述主控制器连接，以实时播放所述整株西红柿的成熟度的对应成熟度等级；

电力供应设备，与所述主控制器连接，以在所述主控制器的控制下，为所述检测系统提供多个用电模式，所述多个用电模式包括省电模式和正常用电模式；

其中，所述主控制器还与所述授权管理设备连接，以在所述验证结果为通过时，控制所述电力供应设备以使得所述检测系统进入正常用电模式，在所述验证结果为未通过时，控制所述电力供应设备以使得所述检测系统进入省电模式。

3.如权利要求2所述的基于品种鉴别的西红柿成熟度检测系统，其特征在于：

所述无线通信接口为GPRS移动通信接口、3G移动通信接口和4G移动通信接口中的一种。

4.如权利要求2所述的基于品种鉴别的西红柿成熟度检测系统，其特征在于：

将所述存储器、所述主控制器和所述无线通信接口集成在一块集成电路板上。

5.如权利要求2所述的基于品种鉴别的西红柿成熟度检测系统，其特征在于：

所述主控制器在自身资源占有率为20％以下时，替换所述成熟度检测仪的全部操作，并在自身资源占有率为20％以上时，结束对所述成熟度检测仪的全部操作的替换。