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.
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.
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.
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.
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.