Jak wykorzystać widzenie maszynowe do inspekcji chwastów

Jeśli chodzi o inspekcję chwastów i ukierunkowany oprysk pestycydami, ważne jest wdrożenie wysokiej jakości systemu wizyjnego, który ma kluczowe znaczenie w wykrywaniu szkodliwych roślin/chwastów mogących wpływać na produkcję upraw. Rozumiemy, że określenie właściwej konfiguracji widzenia maszynowego i oprogramowania potrzebnych do jak najlepszego wspierania standardów w celu osiągnięcia optymalnej produkcji upraw i nie tylko może być trudne. Nasze produkty do widzenia maszynowego i ich ceny są dostępne oraz łatwo dostępne, aby zapewnić bezpośredni dostęp do informacji o tym systemie wizyjnym do inspekcji chwastów / oprysku pestycydami.

Jak wykorzystać widzenie maszynowe do inspekcji chwastów

Klient w rolnictwie precyzyjnym wykorzystał kamerę wizyjną o wysokiej liczbie klatek na sekundę zamontowaną na belce ciągnika do wykrywania chwastów w czasie rzeczywistym.

  • System identyfikuje małe i duże chwasty podczas przejazdu przez pole oraz uruchamia ukierunkowany oprysk pestycydami tylko tam, gdzie jest to potrzebne.

Wybór kamery do wykrywania chwastów

W przypadku montowanego na ciągniku systemu wizyjnego używanego do wykrywania chwastów i precyzyjnego oprysku pestycydami kamera musi spełniać kilka kluczowych wymagań:

  • Wysoka liczba klatek na sekundę (FPS)
    Ciągnik porusza się nieprzerwanie, dlatego kamera potrzebuje wystarczającej liczby klatek na sekundę, aby niezawodnie rejestrować chwasty przy prędkości jazdy.
  • Wystarczająca rozdzielczość (megapiksele)
    Wyższa rozdzielczość pomaga wykrywać zarówno małe, jak i duże chwasty, szczególnie gdy kamera obejmuje szeroki obszar upraw.
  • Obrazowanie kolorowe
    Kamera kolorowa jest często wymagana, aby wyraźniej odróżniać chwasty od upraw, szczególnie w złożonych scenach zewnętrznych.
  • Migawka globalna sensor
    Ponieważ ciągnik i mocowanie kamery są stale w ruchu, migawka globalna jest ważna, aby uniknąć zniekształceń ruchu. Sensory z migawką globalną rejestrują cały obraz jednocześnie, pomagając zachować ostre obrazy podczas ruchu i drgań.
  • Niezawodne połączenie na dużą odległość
    Systemy montowane na ciągnikach często mają kamerę zamontowaną na długim ramieniu lub belce. Gdy odległość między kamerą a komputerem staje się kilkumetrowa, GigE jest zazwyczaj bardziej odpowiednie niż USB3.0, ponieważ obsługuje dłuższe przewody i bardziej niezawodną instalację.
  • Uproszczone okablowanie (zasilanie + dane)
    W konfiguracjach mobilnych zastosowanie pojedynczego przewodu zarówno do zasilania, jak i transmisji danych pomaga zmniejszyć złożoność i poprawić niezawodność.

  • Naszą rekomendacją do tego zastosowania była kolorowa kamera GigE 3MP MER2-302-37GC-P, ponieważ obsługuje długie przewody, umożliwia instalację z pojedynczym przewodem oraz zapewnia wymaganą rozdzielczość, liczbę klatek na sekundę i wydajność migawki globalnej do wykrywania chwastów na poruszającym się ciągniku.

Specyfikacje techniczne

Interfejs GigE Vision
Rozdzielczość 2048x1536
Typ migawki Globalna Migawka
Kolor/Monochromatyczny Kolor
Liczba klatek na sekundę (fps) 37

Wybór obiektywu do inspekcji chwastów

Po potwierdzeniu wymaganej rozdzielczości kolejnym krokiem był wybór właściwego obiektywu do zastosowania. Wybór obiektywu opiera się głównie na wymaganym polu widzenia (FOV), formacie sensora i odległości roboczej. W tym celu użyliśmy naszego Internetowego kalkulatora obiektywów.

W tej konfiguracji kamera wykorzystuje sensor 1/1.8”, a docelowy obszar pokrycia klienta wymagał pola widzenia wynoszącego około 1050 × 880 mm.

Na podstawie wymagań klienta i kalkulacji obiektywu kluczowe wyniki były następujące:

  • Format sensora: 1/1.8”
  • Docelowe pole widzenia (FOV): 1050 × 880 mm
  • Wymagana ogniskowa: 6 mm
  • Obliczone końcowe FOV: ~1029 × 772 mm

Po omówieniu końcowego pola widzenia z klientem potwierdzono, że jest ono w pełni wystarczające dla danego zastosowania. W razie potrzeby system może również korzystać z Regionu zainteresowania (ROI), aby precyzyjnie dostroić dokładne pole widzenia, na przykład w celu bardziej precyzyjnego dopasowania do poziomego FOV (HFOV) 1000 mm.

  • Naszą rekomendacją dla tej konfiguracji był VA-LCM-5MP-06MM-F1.4-015 (obiektyw C-mount 6 mm), który zapewnia odpowiednie dopasowanie do tego formatu sensora i zastosowania.

Specyfikacje techniczne

Rozdzielczość (megapiksel) 5
Format obrazu / koło 2/3"
Ogniskowa (mm) 6
Mocowanie C

Karta przechwytująca obraz do inspekcji chwastów

Ponieważ każde ramię ciągnika będzie wyposażone w około 10 kamer, system wymaga również odpowiedniego sprzętu do obsługi stabilnej transmisji danych z wielu kamer GigE jednocześnie. W konfiguracjach widzenia maszynowego z wieloma kamerami jest to powszechnie realizowane przy użyciu frame grabberów lub wieloportowych kart interfejsu GigE, które zapewniają wiele niezależnych połączeń Ethernet wewnątrz komputera.

To rozwiązanie jest szczególnie przydatne, ponieważ zapewnia:

  • Stabilne strumieniowanie z wielu kamer (mniejsze ryzyko utraty klatek)
  • Niezależne połączenia kamer (każda kamera ma własny port i przepustowość)
  • Prostsze okablowanie z PoE (zasilanie + dane przez jeden kabel Ethernet)

PoE jest szczególnie przydatne w przypadku długich ramion ciągnika i ruchomych urządzeń, ponieważ zmniejsza liczbę kabli i zwiększa niezawodność instalacji.

Aby określić wymaganą rozdzielczość kamery, klient podał minimalny detal, który musiał zostać wykryty. Stosując powszechną wytyczną 3 pikseli na najmniejszy element, minimalny wymagany rozmiar obrazu oszacowano na co najmniej 2000 × 1000 pikseli. Zapewnia to, że małe chwasty nadal mogą być wykrywane z wystarczającą szczegółowością pikselową do spójnej identyfikacji.

  • Naszą rekomendacją dla tej konfiguracji była kamera GigE 3MP MER2-302-37GC-P (2048 × 1536), ponieważ spełnia wymaganą rozdzielczość i dobrze pasuje do systemu wielokamerowego GigE + PoE.

VA-PCIe4-1GP-4 Framegrabber GigE 1

Ochrona dla konfiguracji widzenia maszynowego

Klient potrzebował również obudowy kamery wizyjnej, aby zapewnić, że do kamery i obiektywu nie przedostanie się kurz ani wilgoć. Te obudowy kamer wizyjnych mają klasę ochrony IP67
, aby zapewnić ochronę kamery wizyjnej.

Wiele kamer do widzenia maszynowego na ciągniku

W tym zastosowaniu klient wymagał konfiguracji z 20 kamerami, z 10 kamerami zamontowanymi na każdym ramieniu ciągnika. Wszystkie kamery były tym samym modelem, co opisany wcześniej w tym artykule, a w całym systemie zastosowano ten sam typ obiektywu, aby zapewnić spójną jakość obrazu.

Zastosowanie wielu kamer zapewnia pełne pokrycie upraw i otaczającego obszaru, co wspiera niezawodne wykrywanie chwastów w szerokim polu widzenia. Dane obrazu są następnie wykorzystywane do wyzwalania ukierunkowanego opryskiwania chwastów pestycydami podczas pracy.

Ze względu na odległość między kamerami a jednostką przetwarzającą każda kamera wymagała 10-metrowego kabla Ethernet 10GigE, aby zapewnić stabilną transmisję danych w systemie wielokamerowym.

VA-CABLE-cat6a-10m Cable 10GigE 1

Oświetlenie do widzenia maszynowego do inspekcji chwastów

W tym konkretnym zastosowaniu oświetlenie było już dostępne na ramionach ciągnika, a także na samym ciągniku, co zapewniło wystarczające oświetlenie dla tego rozwiązania. Jeśli Państwa zastosowanie odbywa się w warunkach słabego oświetlenia, może być potrzebne inne oświetlenie do systemów wizyjnych , w sprawie którego mogą Państwo skontaktować się z nami na dole strony za pomocą formularza wsparcia klienta.

Oprogramowanie do przetwarzania obrazu do wykrywania chwastów

W niektórych przypadkach nasze kamery, obiektywy i rozwiązania oświetleniowe nie wystarczają do stworzenia systemu wizyjnego. Nasze kamery są kompatybilne z GenIcam, co oznacza, że mogą być używane z różnorodnym oprogramowaniem firm trzecich, w tym MvTec Halcon, NI Labview, Cognex Vision Pro, Matlab, OpenCV i oprogramowaniem Arm Boards. Do pierwszego programowania można użyć naszego bezpłatnego SDK do pozyskiwania obrazów i ustawiania parametrów kamery. Zestaw do tworzenia oprogramowania jest kompatybilny ze standardowymi i przemysłowymi komputerami PC oraz platformami ARM, w tym z serią NVIDIA TX i Raspberry Pi. Obsługiwane systemy operacyjne obejmują Windows, Linux i Android.

Na przykład klienci zaprojektowali własny pakiet oprogramowania, który współpracował z naszym SDK. W przypadku unikalnego zastosowania może być konieczne użycie jednego z naszych pakietów oprogramowania do wizji komputerowej.

Daheng Imaging SDK

Wsparcie dla systemu wizyjnego do wykrywania chwastów

Widzenie maszynowe oferuje zaawansowane i precyzyjne rozwiązanie do inspekcji chwastów oraz ukierunkowanego stosowania pestycydów. Wdrażając system kamer o wysokiej liczbie klatek na sekundę i odpowiedniej rozdzielczości, rolnicy mogą osiągnąć znaczną poprawę plonów i zarządzania zasobami. Łącząc wymienione w tym artykule komponenty widzenia maszynowego, rolnicy mogą uzyskać wartościowe narzędzie do optymalizacji zwalczania chwastów i maksymalizacji zdrowotności upraw.

Czy chcieliby Państwo uzyskać pomoc jednego z naszych specjalistów ds. widzenia maszynowego w budowie własnego systemu wizyjnego do wykrywania chwastów/oprysku pestycydami? Zachęcamy do kontaktu za pomocą poniższego formularza, a odpowiemy najszybciej, jak to możliwe.

Masz pytania? Zapytaj nas!