一种基于视觉识别的农作物病虫害检测装置

技术领域

本发明涉及病虫害治理管控检测领域，更具体地说，是一种基于视觉识别的农作物病虫害检测装置。

背景技术

病虫害是指农作物生长过程中受到的各种病害和虫害的侵害，它们对农作物产量和质量的影响不容忽视，病虫害会破坏植物的叶面积和光合机构，减少光能的利用效率，导致光合产物减少，从而降低农作物的产量，病虫害会导致农作物表面出现病斑、蛙虫孔等症状，使农作物无法达到商业上的标准，降低了农作物的市场竞争力。

而其中谷类作物作为人类主食的重要来源，其防虫防病的工作就显得尤为重要，在谷类作物试验阶段过程中，对病虫害进行检测时，现有的方式往往是采用技术人员下田进行数据统计，其统计结果往往十分依赖技术人员个人的经验，同时在采用红外光谱进行谷类作物疾病的检测时，往往采用手持的方式，这样往往难以对谷类植物进行全面的扫面，随着检测基数的不断扩大，其出错的概率就会越来越高，同时现有的技术在面对多虫害的时候在往往难以准确的对多种害虫的种群密度进行良好的检测。

发明内容

本发明提供一种基于视觉识别的农作物病虫害检测装置，能够对谷类作物进行全面的扫描从而精准的检测谷类作物的疾病情况并同时能够对多种害虫的种群密度进行良好的检测。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案，本发明提供一种基于视觉识别的农作物病虫害检测装置，包括围栏架，所述围栏架为两个，所述围栏架由围栏杆和围栏环组成，每个围栏架中的在上下方向各设置有一个围栏环，且每个围栏架中的两个围栏环完全对应，上下两个围栏环的中间位置由围栏杆固定连接，两个围栏架组成一个圆柱形的框架结构，位于上方的围栏环和位于下方的围栏环之间设置有铰接支撑杆，所述铰接支撑杆的上下两端分别与上下两侧的铰接支撑杆的后侧相铰接，使两个围栏架形成铰接的关系，位于上方的围栏环和与其对应的围栏杆沿竖直方向开设有支撑减速槽，所述支撑减速槽中滑动连接有竖直支撑滑块，所述围栏架上对应支撑减速槽设置有支撑减速机构，所述竖直支撑滑块上固定连接有竖直支撑架，所述竖直支撑架为Y形状，且所述竖直支撑架的分叉端指向围栏架的中心端，两个竖直支撑架的上端共同放置有检测套环，所述检测套环的内壁的靠下的位置开设有检测环动槽，所述检测环动槽中滑动连接有检测滑块，所述检测滑块上设置有用于检测病虫害的检测装置，所述检测套环上设置有带动检测滑块周向转动的自驱动机构；检测套环下滑的过程中，自驱动机构带动检测装置相对于检测套环做圆周转动运动，运动轨迹呈现从上到下的螺旋状移动，检测装置上集成检测探头和数据处理模块，检测探头包括红外光谱探头和光学探头，通过红外光谱探头得知植物的光谱信息并将信息发送至数据处理模块，并与正常的植物的光谱信息进行对比，当检测到植物患病部位的信息特征时，数据处理模块便会生成记录。

特别的，所述自驱动机构包括转动线环，所述转动线环转动连接在所述检测套环的上端的外侧，且所述转动线环的上端高出检测套环的上端，所述检测套环的上端开设有涡线状的复位滑槽，所述复位滑槽中滑动连接有复位滑块，所述复位滑槽中还设置有复位弹簧，所述复位弹簧的两端分别固定安装在复位滑块和复位滑槽的最内端，所述检测套环的上端对应复位滑槽开设有贯通槽，所述转动线环上固定连接有L形杆，所述L形杆的水平段与所述转动线环的内侧固定连接，所述L形杆的水平段越过检测套环固定连接其竖直段，所述L形杆的竖直段与所述检测滑块固定连接，所述L形杆的水平段上开设有调位滑槽，所述调位滑槽中滑动连接有调位滑块，所述调位滑块上转动连接一个贯通杆，所述贯通杆穿过所述贯通槽与所述复位滑块固定连接，所述转动线环的外侧转动套设有多圈拉动线，所述检测套环的上固定连接有两个平行设置的挂线环，所述拉动线穿过其中一个挂线环与另外一个挂线环固定连接，其中一个围栏环上对应两个挂线环的中间位置固定连接一个挂线杆，所述拉动线挂在挂线杆上。

特别的，所述检测装置包括检测滚轮、改向锥齿轮、摆动锥齿轮、偏转轴、检测探头和数据处理模块，所述检测套环中对应检测环动槽开设有往复偏转槽，所述往复偏转槽的上下两端交替布置有偏转接触机构，所述检测滚轮设置在往复偏转槽的中间位置，所述检测滚轮同轴固定连接有偏转轴，所述偏转轴同轴固定改向锥齿轮，所述改向锥齿轮啮合有摆动锥齿轮，所述摆动锥齿轮转动架设在所述检测滑块上，所述摆动锥齿轮同轴固定连接有检测探头，所述检测滑块上固定连接有卡罩，所述卡罩上对应检测探头开设有观测槽，所述数据处理模块固定安装在所述检测滑块上。

特别的，所述偏转接触机构包括固定部和滑动部，所述固定部和所述滑动部均为弧形状，所述固定部固定安装在所述往复偏转槽的上端或者下端，所述固定部上滑动套设有滑动部，所述滑动部的内部与固定部的端面上之间固定安装有偏转接触弹簧。

特别的，所述偏转轴同轴固定连接有定向辊，所述定向辊的外侧固定安装有条状的磁铁，且定向辊上的磁铁周向均匀分布，所述检测滑块上对应定向辊设置有圆柱状的定向槽，且所述定向槽上设置有数量且位于与定向辊上的磁铁相对应的磁铁，且定向辊上的磁铁与定向槽上的磁铁相对应的一面为异性。

特别的，所述支撑减速机构包括竖直导向杆，所述竖直导向杆竖直固定安装在所述支撑减速槽中，所述竖直导向杆上套设有竖直减速弹簧，所述竖直减速弹簧的上端与所述竖直支撑滑块固定连接，所述竖直减速弹簧的下端与位于下方的围栏环固定连接。

特别的，所述支撑减速机构包括缓冲拉绳、回冲弹簧、缓冲导杆和顶气板，任一个围栏杆中沿竖直方向开设有缓冲导槽，与缓冲导槽相对应且位于上方的围栏环开设有一个出绳口，所述支撑减速槽的上方边缘加工成圆滑过渡状，所述缓冲导槽中沿竖直方向固定架设有缓冲导杆，所述缓冲导槽中滑动连接有顶气板，所述顶气板还与缓冲导杆滑动连接，所述缓冲导杆上套设有回冲弹簧，所述回冲弹簧的上下两端分别与所述缓冲导槽的上端和顶气板滑动连接，所述缓冲拉绳的一端与顶气板固定连接，所述缓冲拉绳穿过出绳口并越过缓冲导杆的上端且所述缓冲拉绳的另一端与所述竖直支撑滑块固定连接。

特别的，两个竖直支撑架之间设置有同步杆，所述同步杆的两端有凸起部，且凸起部的中间为凹陷状，所述凸起部扣合在竖直支撑架上，且所述凸起部和竖直支撑架上均开设有相对应的方形孔，并采用截面为矩形的销柱将凸起部和竖直支撑架固定连接。

与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：

（1）本发明通过手动控制检测套环沿竖直方向的滑动，同时在检测套环下滑的过程中，自驱动机构带动其上的检测装置相对于检测套环做圆周转动运动，在整个空间上其运动轨迹呈现从上到下的螺旋状移动，这样有助于对植物进行全面和精细的扫描，检测装置上集成了红外光谱探头、光学探头和数据处理模块，通过红外光谱探头得知植物的光谱信息并将信息发送至数据处理模块，并与正常的植物的光谱信息进行对比，当检测到植物患病部位的信息特征时，数据处理模块便会生成记录，在通过计算机读取数据处理模块的信息的时候，便会得知谷类植物的患病信息，同时在扫描谷类植物的时候会将谷类植物按株数进行分配，记为X1、X2、X3、...Xk...Xn,同时会记录每种植物上的害虫的种类和数量，记为XkY1=A1、XkY2=A2、XkY3=A3、.....XkY3=A3....XkYn=An，其中Xk代表谷物的株数，Yk代表病害虫的种类，Ak代表着害虫的数量，这样便可以自动建立害虫的数据库，从而为计算害虫的种群密度提供了巨大的便利。

（2）本发明通过复位弹簧的反向驱动下，L形杆会带动检测转动滑块反向转动，这样检测装置便可以再对植物进行进一步的检测，从而获得更精确的数据。

附图说明

图1为本发明的总体结构示意图；

图2为图1中所示的A区域的局部放大示意图；

图3为本发明中围栏架上的安装结构示意图；

图4为图3中所示的B区域的局部放大示意图；

图5为图3中所示的C区域的局部放大示意图；

图6为本发明中检测套环的结构示意图；

图7为图6中所示的D区域的局部放大示意图；

图8为本发明中检测套环的内部结构示意图；

图9为图8中所示的E区域的局部放大示意图；

图10为本发明中检测套环的内部结构示意图；

图11为图10中所示的F区域的局部放大示意图；

图12为本发明中偏转接触机构的结构示意图；

图13为本发明中检测滑块的内部结构示意图；

图14为图13中所示的G区域的局部放大示意图；

图15为本发明中支撑减速机构的结构示意图；

图16为图15中所示的H区域的局部放大示意图；

图17为图15中所示的I区域的局部放大示意图；

图18为图15中所示的J区域的局部放大示意图。

1、围栏架；11、围栏杆；111、支撑减速槽；112、竖直支撑滑块；113、竖直支撑架；114、缓冲导槽；12、围栏环；121、挂线杆；122、出绳口；2、铰接支撑杆；3、支撑减速机构；31、竖直导向杆；32、竖直减速弹簧；33、缓冲拉绳；34、回冲弹簧；35、缓冲导杆；36、顶气板；4、检测套环；41、检测环动槽；42、检测滑块；421、定向槽；43、复位滑槽；44、贯通槽；45、挂线环；46、往复偏转槽；5、检测装置；51、检测滚轮；52、改向锥齿轮；53、摆动锥齿轮；54、偏转轴；55、检测探头；56、数据处理模块；57、卡罩；571、观测槽；572、定向辊；6、自驱动机构；61、转动线环；62、复位滑块；63、复位弹簧；64、L形杆；641、调位滑槽；65、调位滑块；66、贯通杆；67、拉动线；7、偏转接触机构；71、固定部；72、滑动部；73、偏转接触弹簧；8、同步杆；81、凸起部。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。

如图1到图18所示，本发明提供一种谷类农作物在线病虫害检测装置，包括围栏架1，所述围栏架1为两个，所述围栏架1由围栏杆11和围栏环12组成，每个围栏架1中的在上下方向各设置有一个围栏环12，且每个围栏架1中的两个围栏环12完全对应，上下两个围栏环12的中间位置由围栏杆11固定连接，两个围栏架1组成一个圆柱形的框架结构，位于上方的围栏环12和位于下方的围栏环12之间设置有铰接支撑杆2，所述铰接支撑杆2的上下两端分别与上下两侧的铰接支撑杆2的后侧相铰接，使两个围栏架1形成铰接的关系，位于上方的围栏环12和与其对应的围栏杆11沿竖直方向开设有支撑减速槽111，所述支撑减速槽111中滑动连接有竖直支撑滑块112，所述围栏架1上对应支撑减速槽111设置有支撑减速机构3，所述竖直支撑滑块112上固定连接有竖直支撑架113，所述竖直支撑架113为Y形状，且所述竖直支撑架113的分叉端指向围栏架1的中心端，两个竖直支撑架113的上端共同放置有检测套环4，所述检测套环4的内壁的靠下的位置开设有检测环动槽41，所述检测环动槽41中滑动连接有检测滑块42，所述检测滑块42上设置有用于检测病虫害的检测装置5，所述检测套环4上设置有带动检测滑块42周向转动的自驱动机构6。

在对谷类作物进行病虫害的检测过程中，将谷类作物置于两个围栏架1的中间的位置，之后将检测套环4放置在竖直支撑架113的上端，检测套环4自身具备较大的质量，可以通过手动控制检测套环4沿竖直方向的滑动，同时在检测套环4下滑的过程中，自驱动机构6带动其上的检测装置5之相对于检测套环4做圆周转动运动，在整个空间上其运动轨迹呈现从上到下的螺旋状移动，这样有助于对植物进行全面和精细的扫描，检测装置5上集成了红外光谱探头、光学探头和数据处理模块，通过红外光谱探头得知植物的光谱信息并将信息发送至数据处理模块，并与正常的植物的光谱信息进行对比，当检测到植物患病部位的信息特征时，数据处理模块便会生成记录，在通过计算机读取数据处理模块的信息的时候，便会得知谷类植物的患病信息，同时在扫描谷类植物的时候会将谷类植物按株数进行分配，记为X1、X2、X3、...Xk...Xn,同时会记录每种植物上的害虫的种类和数量，记为XkY1=A1、XkY2=A2、XkY3=A3、.....XkY3=A3....XkYn=An，其中Xk代表谷物的株数，Yk代表病害虫的种类，Ak代表着害虫的数量，这样便可以自动建立害虫的数据库，从而为计算害虫的种群密度提供了巨大的便利。

如图1、图2、图6、图7、图8和图9所示，所述自驱动机构6包括转动线环61，所述转动线环61转动连接在所述检测套环4的上端的外侧，且所述转动线环61的上端高出检测套环4的上端，所述检测套环4的上端开设有涡线状的复位滑槽43，所述复位滑槽43中滑动连接有复位滑块62，所述复位滑槽43中还设置有复位弹簧63，所述复位弹簧63的两端分别固定安装在复位滑块62和复位滑槽43的最内端，所述检测套环4的上端对应复位滑槽43开设有贯通槽44，所述转动线环61上固定连接有L形杆64，所述L形杆64的水平段与所述转动线环61的内侧固定连接，所述L形杆64的水平段越过检测套环4固定连接其竖直段，所述L形杆64的竖直段与所述检测滑块42固定连接，所述L形杆64的水平段上开设有调位滑槽641，所述调位滑槽641中滑动连接有调位滑块65，所述调位滑块65上转动连接一个贯通杆66，所述贯通杆66穿过所述贯通槽44与所述复位滑块62固定连接，所述转动线环61的外侧转动套设有多圈拉动线67，所述检测套环4的上固定连接有两个平行设置的挂线环45，所述拉动线67穿过其中一个挂线环45与另外一个挂线环45固定连接，其中一个围栏环12上对应两个挂线环45的中间位置固定连接一个挂线杆121，所述拉动线67挂在挂线杆121上。

在自驱动机构6带动检测滑块42转动的过程中，将挂线杆121置于两个挂线环45中间的位置，拉动线67被挂线杆121拉起，在拉动线67被拉起的过程中，转动线环61被拉动环带动而转动，同时转动线环61会带动L形杆64进行转动，L形杆64带动调位滑块65进行转动，L形杆64带动复位滑块62沿复位滑槽43移动，同时复位弹簧63会受到压缩，这样L形杆64就可以带动检测滑块42相对于检测套环4做圆周运动，这样在将检测套环4从围栏架1的上端取出的过程中，在复位弹簧63的反向驱动下，L形杆64会带动检测转动滑块反向转动，这样检测装置5便可以再对植物进行进一步的检测，从而获得更精确的数据。

如图8、图10和图11所示，所述检测装置5包括检测滚轮51、改向锥齿轮52、摆动锥齿轮53、偏转轴54、检测探头55和数据处理模块56，所述检测套环4中对应检测环动槽41开设有往复偏转槽46，所述往复偏转槽46的上下两端交替布置有偏转接触机构7，所述检测滚轮51设置在往复偏转槽46的中间位置，所述检测滚轮51同轴固定连接有偏转轴54，所述偏转轴54同轴固定改向锥齿轮52，所述改向锥齿轮52啮合有摆动锥齿轮53，所述摆动锥齿轮53转动架设在所述检测滑块42上，所述摆动锥齿轮53同轴固定连接有检测探头55，所述检测滑块42上固定连接有卡罩57，所述卡罩57上对应检测探头55开设有观测槽571，所述数据处理模块56固定安装在所述检测滑块42上。

在检测滑块42做圆周转动的过程中，检测滚轮51的上端和下端会分别与上方的偏转接触机构7和下方的偏转接触机构7相接触，从而使检测滚轮51做往复运动，同时检测滚轮51会带动偏转轴54和改向锥齿轮52的转动，改向锥齿轮52会带动摆动锥齿轮53的转动，摆动锥齿轮53带动检测探头55做往复的偏转运动，检测探头55上集成了红外光谱探头和光学探头，同时卡罩57可以起到一定的阻碍作用，防止谷类植物上过多的杂质对红外光谱探头和光学探头造成污染。

如图11和图12所示，所述偏转接触机构7包括固定部71和滑动部72，所述固定部71和所述滑动部72均为弧形状，所述固定部71固定安装在所述往复偏转槽46的上端或者下端，所述固定部71上滑动套设有滑动部72，所述滑动部72的内部与固定部71的端面上之间固定安装有偏转接触弹簧73。

在检测滚轮51与偏转接触机构7相接触的时候，滑动部72在检测滚轮51的挤压下会与固定部71产生相对滑动，在偏转接触弹簧73的反弹作用下使滑动部72与检测滚轮51产生更为密切的贴合。

如图13和图14所示，所述偏转轴54同轴固定连接有定向辊572，所述定向辊572的外侧固定安装有条状的磁铁，且定向辊572上的磁铁周向均匀分布，所述检测滑块42上对应定向辊572设置有圆柱状的定向槽421，且所述定向槽421上设置有数量且位于与定向辊572上的磁铁相对应的磁铁，且定向辊572上的磁铁与定向槽421上的磁铁相对应的一面为异性。

通过上述的技术手段，在检测滚轮51带动偏转轴54转动的时候，并不会在其中产生阻碍，但是当偏转滚轮未与滑动部72相接触的时候，在此磁铁异性相吸的作用下，在偏转轴54带动定向辊572转动的过程中会产生定向阻尼的作用，防止检测探头55会产生自摆动而影响到往复摆动的技术效果。

如图1、图3和图4所示，所述支撑减速机构3包括竖直导向杆31，所述竖直导向杆31竖直固定安装在所述支撑减速槽111中，所述竖直导向杆31上套设有竖直减速弹簧32，所述竖直减速弹簧32的上端与所述竖直支撑滑块112固定连接，所述竖直减速弹簧32的下端与位于下方的围栏环12固定连接。

在将检测套环4放置到竖直支撑架113上的时候，在竖直减速弹簧32的作用下，可以有效的防止检测套环4快速的下坠。

如图15、图16、图17和图18所示，所述支撑减速机构3包括缓冲拉绳33、回冲弹簧34、缓冲导杆35和顶气板36，任一个围栏杆11中沿竖直方向开设有缓冲导槽113，与缓冲导槽113相对应且位于上方的围栏环12开设有一个出绳口122，所述支撑减速槽111的上方的围栏环12开设有圆滑状的通孔，所述缓冲导槽113中沿竖直方向固定架设有缓冲导杆35，所述缓冲导槽113中滑动连接有顶气板36，所述顶气板36还与缓冲导杆35滑动连接，所述缓冲导杆35上套设有回冲弹簧34，所述回冲弹簧34的上下两端分别与所述缓冲导槽113的上端和顶气板36滑动连接，所述缓冲拉绳33的一端与顶气板36固定连接，所述缓冲拉绳33穿过出绳口122并越过缓冲导杆35的上端且所述缓冲拉绳33的另一端穿过围栏环12开设有圆滑状的通孔与所述竖直支撑滑块112固定连接。

在将检测套环4放置到竖直支撑架113上的时候，竖直支撑滑块112会拉动缓冲拉绳33向下方移动，顶气板36在缓冲拉绳33的拉动作用下会向上方滑动，同时出绳口122的出气量是有限的，这样就保证了竖直支撑滑块112只能够较为缓慢地下降，这样检测套环4就更能够获得精确的检测数据，同时回冲弹簧34也会受到压缩，当将检测套环4取出的时候，在回冲弹簧34的反弹作用下，顶气板36会拉动竖直支撑滑块112恢复的原来的位置。

如图1、图3和图4所示，两个竖直支撑架113之间设置有同步杆8，所述同步杆8的两端有凸起部81，且凸起部81的中间为凹陷状，所述凸起部81扣合在竖直支撑架113上，且所述凸起部81和竖直支撑架113上均开设有相对应的方形孔，并采用截面为矩形的销柱将凸起部81和竖直支撑架113固定连接。

这样便可以使两侧的竖直支撑架113同步下落，防止检测套环4在下落过程中发生偏转造成检测结果不准确。

本发明的工作原理是，在对谷类作物进行病虫害的检测过程中，将谷类作物置于两个围栏架1的中间的位置，之后将检测套环4放置在竖直支撑架113的上端，检测套环4自身具备较大的质量，可以通过手动控制检测套环4沿竖直方向的滑动，同时在检测套环4下滑的过程中，自驱动机构6带动其上的检测装置5之相对于检测套环4做圆周转动运动，在整个空间上其运动轨迹呈现从上到下的螺旋状移动，这样有助于对植物进行全面和精细的扫描，检测装置5上集成了红外光谱探头、光学探头和数据处理模块，通过红外光谱探头得知植物的光谱信息并将信息发送至数据处理模块，并与正常的植物的光谱信息进行对比，当检测到植物患病部位的信息特征时，数据处理模块便会生成记录，在通过计算机读取数据处理模块的信息的时候，便会得知谷类植物的患病信息，同时在扫描谷类植物的时候会将谷类植物按株数进行分配，记为X1、X2、X3、...Xk...Xn,同时会记录每种植物上的害虫的种类和数量，记为XkY1=A1、XkY2=A2、XkY3=A3、.....XkY3=A3....XkYn=An，其中Xk代表谷物的株数，Yk代表病害虫的种类，Ak代表着害虫的数量，这样便可以自动建立害虫的数据库，从而为计算害虫的种群密度提供了巨大的便利，在自驱动机构6带动检测滑块42转动的过程中，将挂线杆121置于两个挂线环45中间的位置，拉动线67被挂线杆121拉起，在拉动线67被拉起的过程中，转动线环61被拉动环带动而转动，同时转动线环61会带动L形杆64进行转动，L形杆64带动调位滑块65进行转动，L形杆64带动复位滑块62沿复位滑槽43移动，同时复位弹簧63会受到压缩，这样L形杆64就可以带动检测滑块42相对于检测套环4做圆周运动，这样在将检测套环4从围栏架1的上端取出的过程中，在复位弹簧63的反向驱动下，L形杆64会带动检测转动滑块反向转动，这样检测装置5便可以再对植物进行进一步的检测，从而获得更精确的数据。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。