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原文传递基于图像分析的土壤养分检测系统

专利名称：	基于图像分析的土壤养分检测系统
摘要：	本发明涉及测土施肥技术领域，具体为基于图像分析的土壤养分检测系统，包括土壤养分采集终端、智能手机以及农科服务系统；土壤养分采集终端，用于对采集的土壤样本进行检测；智能手机，用于图像处理，并将处理后的图像数据上传至农科服务系统；农科服务系统，用于判定养分等级，并推送施肥方案；有益效果为：本发明提出的基于图像分析的土壤养分检测系统，基于土壤养分采集终端、Android智能手机后置摄像头及应用程序，通过图像预处理和图像分析技术对化学显色后的图像进行信息提取，建立颜色与土壤有效养分浓度的模型关系，输出土壤养分测定值，并及时将测定结果传输与农科服务系统，划分养分等级并提出施肥建议。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	河南;41
申请人：	河南省农业科学院农业经济与信息研究所
发明人：	杨张青;李国强;胡峰;王凯;赵晴;张杰;齐磊;杨文杰
专利状态：	有效
申请日期：	2023-08-16T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-24T00:00:00+0800
申请号：	CN202311035234.5
公开号：	CN117110281A
代理机构：	北京研展知识产权代理有限公司
代理人：	李国强
分类号：	G01N21/78;G06V20/60;G06V10/28;G06V10/44;G06V10/50;G06V10/56;G06V10/766;G06Q50/02;G01N21/84;G;G01;G06;G01N;G06V;G06Q;G01N21;G06V20;G06V10;G06Q50;G01N21/78;G06V20/60;G06V10/28;G06V10/44;G06V10/50;G06V10/56;G06V10/766;G06Q50/02;G01N21/84
申请人地址：	450002 河南省郑州市金水区花园路116号
主权项：	1.基于图像分析的土壤养分检测系统，其特征在于：所述系统包括土壤养分采集终端、智能手机以及农科服务系统；土壤养分采集终端，用于对采集的土壤样本进行检测；智能手机，用于图像处理，并将处理后的图像数据上传至农科服务系统；农科服务系统，用于判定养分等级，并推送施肥方案。 2.根据权利要求1所述的基于图像分析的土壤养分检测系统，其特征在于：所述土壤养分采集终端包括供电系统、光源系统以及图像采集室，供电系统由12V电源适配器插孔、电池、电源开关组成；光源系统由LED阵列光源、增光板、导光板和匀光板四层组成，供电系统和光源系统均设于图像采集室的一端，供电系统为光源系统供电；图像采集室的上盖能够打开，上盖表面开有比色孔和图像采集孔，图像采集室内设有斜板，倾斜角度为20-60°斜板上附有反光镜，智能手机摄像头经图像采集孔拍摄到显色溶液的镜像图片。 3.根据权利要求2所述的基于图像分析的土壤养分检测系统，其特征在于：所述光源系统包括LED阵列光源、增光板、导光板和匀光板，匀光板处于LED阵列光源的前方，LED阵列光源为图像采集室提供光源。 4.根据权利要求1所述的基于图像分析的土壤养分检测系统，其特征在于：所述智能手机实现图象采集、图像处理、结果输出以及数据上传。 5.根据权利要求4所述的基于图像分析的土壤养分检测系统，其特征在于：所述图像处理包括图像预处理、检测算法以及应用测试，图像预处理包括图像分割模块和图像分析模块，检测算法包括RGB-土样养分测值建模。 6.根据权利要求5所述的基于图像分析的土壤养分检测系统，其特征在于：图像分割模块将图像中有意义的特征部分提取出来，有意义的特征包括图像中的边缘、区域，图像分割过程是一个标记过程，把属于同一区域的像素赋予相同的编号；采用灰度阈值分割法结合Canny算子实现轮廓提取、边界跟踪，最终直接给出图像区域。 7.根据权利要求6所述的基于图像分析的土壤养分检测系统，其特征在于：阈值分割方法实际上输入图像f到输出图像g的如下变换：当f(i,j)≥T时,g(i,j)＝1 当f(i,j)＜T时,g(i,j)＝0 其中，T为阈值，对于待测液的图像元素g(i,j)＝1，对于背景的图像元素g(i,j)＝0。 8.根据权利要求6所述的基于图像分析的土壤养分检测系统，其特征在于：图像分析模块提取图像特征，如颜色直方图，统计RGB色度均值。 9.根据权利要求6所述的基于图像分析的土壤养分检测系统，其特征在于：RGB-土样养分测值建模采用RGB三元线性回归建立RGB三原色和常规法土壤养分测值间的关系；三元线性回归的建立，设自变量x1、x2和x3，因变量y，建立x1、x2和x3与y的三元一次线性关系，表1为n组数据模式，其中，x1为R值，x2为G值，x3为B值，y为土壤养分常规测值；三元线性回归的数学模型为： yk＝b0+b1x1k+b2x2k+b3x3k……………………………(1) 其中，k＝1,2，...n，式中，b0，b1，b2，b3为待估参数，x1k，x2k，x3k为特征图像RBG均值，yk为常规法土壤养分测定值，该三元线性回归模型为： y＝b0+b1x1+b2x2+b3x3……………………………(2) 上式经整理后得到b1，b2，b3的正规方程组和b0的表达式：其中，以上方程组可写成矩阵形式：定义：该方程组可表示为：Ab＝B；矩阵A为方程组4的系数矩阵，是3阶方阵，先求出A的逆矩阵A-1，然后求解b； b＝A-1B,可得到b的值： b0，b1，b2，b3为三元线性回归的系数。
所属类别：	发明专利