基于图像识别的花卉监控嵌入式系统研制

发布时间：2020-07-07 05:04

【摘要】：随着图像识别相关算法的日益成熟,嵌入式视频监控系统开始得到越来越多的应用,如广场人流监控、机场安检、大型户外场景监控等等。提取这些应用对嵌入式系统的共性需求,研制较为通用的监控识别嵌入式系统,具有很大研究和应用价值。本文的主要工作以农业花田花卉生长状况智能监控等需求为依据,设计针对大型户外场景通用监控识别嵌入式系统,并将该系统模型用于图像识别的花卉生长状态监控系统的设计中。文中首先分析了户外监控场景特点,给出了通用性设计原则,依此设计了通用识别监控系统框架,其中包括通用的硬件平台与软件平台结构。其次,对模型中存在的核心问题提出了对应的解决方案:本文用实时性更高图像识别算法和利用OpenCL加速识别算法解决通用图像识别任务在嵌入式系统中任务实时性无法得到保障的问题;采用硬件编码优化视频压缩流程和利用GStreamer框架简化视频监控开发流程;对系统中的核心任务进行任务划分、实时性分析、设计任务间通信方式和设计任务实时性优化方式来完成整个复杂多任务系统的设计;通过将通用通信接口分不同种类接口,对每个种类接口设计其数据流的输入接口、数据流封装格式和网络传输协议来完成整个通用通信接口的设计。在此基础上,通过分析花卉种植园区具体场景特点和应用需求,设计在该场景下的基于机器人的花卉生长状态智能监控系统,包括系统框架设计和系统软硬件平台设计,并完成了花卉花期识别模块、图像采集传输模块、远程控制移动模块和单片机控制移动模块等核心模块在内系统设计与实现。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP391.41;S68
【图文】：

示意图,玫瑰花,智能监控,机器人

44图 5-1 玫瑰花智能监控机器人运行示意图如图 5-1 所示，在大型玫瑰花田现场中场景复杂并且监控目标多，若部署多个固定摄像头进行监控则成本过高、灵活性差。所以本章节根据前文设计的针对大型户外场景的通用识别监控系统，设计具有机器人移动、拍摄、识别功能的花卉生长状况监控系统。在该系统设计与实现中，本文通过可移动机器人搭载监控识别终端的方式解决多个固定拍摄监控点成本过高、不灵活的问题。并且在农业花田中，由于监控识别路径、地点固定，机器人可依循预先铺设的轨迹进行自动移动。通过该类型监控系统实现自动化监控识功能，达到节约人力成本和提升监控效率的应用需求。5.1.2 功能需求分析根据系统功能用例图 5-2，该应用需要具有以下功能。

小车,实物,视频监控,视频流

图 6-7 HL-1 小车与 STM32 实物图6.5.2 主要功能单元测试6.5.2.1 监控功能测试(1) 视频监控功能测试测试方法：视频监控功能主要实现从嵌入式板获取视频流送到客户端。在测试过程，利用串口调试工具在 ARM 板上运行视频监控程序，设定传输视频传输格式和接收服务器的 IP 地址、端口。在 PC 机端，通过 GStreamer 流媒体提供的gst-launch 工具，用命令的方式简单实现视频流接收播放，如在 640*320 分辨率，接收命令如下：”gst-launch v udpsrc port=4000 caps="application/x-rtp, media =(string)video, clock-rate=(int)90000, encoding-name=(string)H264" ! rtph264depay !ffdec_h264 ! ffmpegcolorspace ! autovideosink”。测试结果：串口调试信息和服务端展示信息如图 6-8 所示，图(a)显示嵌入式板 vpuenc 插件的具体版本号，各个插件输出的视频流格式信息，视频流成功获取

调试信息,信息图,服务器端,串口

图 6-8（a）串口调试信息图（b）服务器端展示信息图测试结果：PC 机上 Linux 系统成功接收到图片包，并且成功将图片包的中存储的图片数组转成 rgb 格式图片存储在本地，图片展示清晰。并且在接收消息包内，命令编号、设备 ID 等相关信息也正确接收。6.5.2.2 图像识别和识别结果传输功能测试(1) 图像识别功能测试测试方式：将一百张各种开放度的单张玫瑰花图片放入 ARM 板 Linux 的本地文件夹，编写简单程序，依次读取文件夹中的图片，然后进行图像识别，得出识别结果，与正确的花卉开放度进行比对，然后统计；测试结果统：86 张玫瑰花图片为正确的开放度，正确率为 86%，证明前端单朵玫瑰花花期识别功能达到粗略识别统计的要求。(2) 识别结果传输功能测试测试方法：在 ARM 终端编写简单测试程序。该测试程序将图片和识别结果作

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