一种植保无人机农药精准喷施系统及喷施方法与流程

1.本发明属于农药精准喷施技术领域，尤其涉及一种植保无人机农药精准喷施系统及喷施方法。


背景技术：

2.农药，是指农业上用于防治病虫害及调节植物生长的化学药剂。广泛用于农林牧业生产、环境和家庭卫生除害防疫、工业品防霉与防蛀等。农药品种很多，按用途主要可分为杀虫剂、杀螨剂、杀鼠剂、杀线虫剂、杀软体动物剂、杀菌剂、除草剂、植物生长调节剂等；按原料来源可分为矿物源农药(无机农药)、生物源农药(天然有机物、微生物、抗生素等)及化学合成农药；按化学结构分，主要有有机氯、有机磷、有机氮、有机硫、氨基甲酸酯、拟除虫菊酯、酰胺类化合物、脲类化合物、醚类化合物、酚类化合物、苯氧羧酸类、脒类、三唑类、杂环类、苯甲酸类、有机金属化合物类等，它们都是有机合成农药；根据加工剂型可分为粉剂、可湿性粉剂、乳剂、乳油、乳膏、糊剂、胶体剂、熏蒸剂、熏烟剂、烟雾剂、颗粒剂、微粒剂及油剂等；然而，现有植保无人机农药精准喷施系统农药喷施视频不清晰；同时，目前农药喷施无人机的故障检测模型一般只针对一种特定类型的农药喷施无人机故障，通过检测农药喷施无人机的当前参数，将当前参数与预设参数进行比对，从而判断是否发生了该特定类型的农药喷施无人机故障，导致其无法适应农药喷施无人机多种故障类型的检测。
3.通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
4.(1)现有植保无人机农药精准喷施系统农药喷施视频不清晰。
5.(2)目前农药喷施无人机的故障检测模型一般只针对一种特定类型的农药喷施无人机故障，通过检测农药喷施无人机的当前参数，将当前参数与预设参数进行比对，从而判断是否发生了该特定类型的农药喷施无人机故障，导致其无法适应农药喷施无人机多种故障类型的检测。
6.(3)多数植保无人机垂直起降或悬停时，往往需要人为干预调整植保无人机机头航向，因此不能及时根据风向调整机头航向，导致其姿态稳定性变差，能耗大，控制效率低，影响农药喷施效率。


技术实现要素：

7.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种植保无人机农药精准喷施系统及喷施方法。
8.本发明是这样实现的，一种植保无人机农药精准喷施系统包括：
9.喷施视频监控模块、无人机控制模块、中央控制模块、视频增强模块、喷洒位置确定模块、农药喷洒模块、故障检测模块、显示模块；
10.喷施视频监控模块，与中央控制模块连接，用于通过无人机摄像器监控农药喷施视频；
11.无人机控制模块，与中央控制模块连接，用于对无人机进行远程控制；
12.所述无人机控制模块控制方法：
13.当植保无人机作业刚起飞或准备垂直降落时，植保无人机先进入定点悬停阶段，使植保无人机在设定的悬停固定点上及距离悬停固定点设定的距离内，进行定点悬停；
14.在设定的植保无人机定点悬停时间t内，判断是否有人工干预，若有，则重新计时，返回定点悬停阶段；否则即刻进入航向调整阶段，根据植保无人机定点悬停的悬停固定点位置与植保无人机当前的位置的水平距离，确定期望达到的滚转角，形成滚转角指令，根据滚转角指令，判断滚转角指令是否达到设定的滚转角阈值；若达到，进行下一步，否则，不需要调整植保无人机航向；
15.调整植保无人机航向，使机头对准来流方向，完成植保无人机悬停自动对风；
16.中央控制模块，与喷施视频监控模块、无人机控制模块、视频增强模块、喷洒位置确定模块、农药喷洒模块、故障检测模块、显示模块连接，用于控制各个模块正常工作；
17.视频增强模块，与中央控制模块连接，用于对农药喷施视频进行增强处理；
18.喷洒位置确定模块，与中央控制模块连接，用于确定农药喷洒位置；
19.农药喷洒模块，与中央控制模块连接，用于喷洒农药；
20.故障检测模块，与中央控制模块连接，用于对无人机故障进行检查；
21.显示模块，与中央控制模块连接，用于显示农药喷施视频、喷洒位置、检测结果。
22.一种植保无人机农药精准喷施方法包括以下步骤：
23.步骤一，通过喷施视频监控模块利用无人机摄像器监控农药喷施视频；通过无人机控制模块对无人机进行远程控制；
24.步骤二，中央控制模块通过视频增强模块对农药喷施视频进行增强处理；
25.步骤三，通过喷洒位置确定模块确定农药喷洒位置；通过农药喷洒模块喷洒农药；通过故障检测模块对无人机故障进行检查；
26.步骤四，通过显示模块显示农药喷施视频、喷洒位置、检测结果。
27.进一步，所述视频增强模块增强方法如下：
28.1)获取待处理农药喷施视频中的目标农药喷施视频帧，并对所述目标农药喷施视频帧进行图像增强处理，得到所述目标农药喷施视频帧对应的目标增强图像；根据所述目标增强图像，确定待处理农药喷施视频帧对应的增强图像；其中，所述待处理农药喷施视频帧为根据所述目标农药喷施视频帧所确定的待进行图像增强处理的农药喷施视频帧；
29.2)将所述待处理农药喷施视频帧作为目标农药喷施视频帧，以及将所述待处理农药喷施视频帧对应的增强图像作为目标增强图像，返回执行所述根据所述目标增强图像，确定待处理农药喷施视频帧对应的增强图像的步骤，直至获得所述待处理农药喷施视频中预设数量的农药喷施视频帧各自分别对应的增强图像；根据所述待处理农药喷施视频中农药喷施视频帧对应的增强图像，确定所述待处理农药喷施视频对应的增强农药喷施视频。
30.进一步，所述待处理农药喷施视频帧为与所述目标农药喷施视频帧相邻的农药喷施视频帧。
31.进一步，所述对所述目标农药喷施视频帧进行图像增强处理，得到所述目标农药喷施视频帧对应的目标增强图像，包括：
32.获取所述目标农药喷施视频帧的亮度通道；
33.根据所述目标农药喷施视频帧的亮度通道，确定所述目标农药喷施视频帧的多个
光照分量；
34.根据所述目标农药喷施视频帧的多个光照分量，确定所述目标农药喷施视频帧对应的融合光照分量；
35.根据所述融合光照分量对所述目标农药喷施视频帧进行处理，生成所述目标农药喷施视频帧对应的目标增强图像。
36.进一步，所述根据所述目标农药喷施视频帧的亮度通道，确定所述目标农药喷施视频帧的多个光照分量，包括：
37.对所述亮度通道进行低通滤波处理，获得第一光照分量；
38.对所述亮度通道进行变分运算，获得第二光照分量。
39.进一步，所述根据所述目标农药喷施视频帧的多个光照分量，确定所述目标农药喷施视频帧对应的融合光照分量，包括：
40.确定所述第一光照分量的第一梯度和所述第二光照分量的第二梯度；
41.基于所述第一梯度和所述第二梯度，对所述第一光照分量和所述第二光照分量进行融合处理，获得所述融合光照分量。
42.进一步，所述根据所述融合光照分量对所述目标农药喷施视频帧进行处理，生成所述目标农药喷施视频帧对应的目标增强图像，包括：
43.根据所述融合光照分量和所述亮度通道，确定所述亮度通道的反射分量；
44.对所述反射分量进行校正，生成校正后的反射分量；
45.对所述融合光照分量进行非线性拉伸，生成拉伸后融合光照分量；
46.根据所述拉伸后的融合光照分量和所述校正后的反射分量，获得增强亮度通道；
47.根据所述增强亮度通道对所述目标农药喷施视频帧进行处理，生成所述目标农药喷施视频帧对应的目标增强图像；
48.所述根据所述增强亮度通道对所述目标农药喷施视频帧进行处理，生成所述目标农药喷施视频帧对应的目标增强图像，包括：
49.获取所述目标农药喷施视频帧的饱和度通道以及色度通道；
50.根据所述增强亮度通道、所述饱和度通道以及所述色度通道，生成rgb彩色图像；
51.将所述rgb彩色图像作为所述目标农药喷施视频帧对应的目标增强图像；
52.所述根据所述增强亮度通道、所述饱和度通道以及所述色度通道，生成rgb彩色图像，包括：
53.将所述增强亮度通道划分为多个图像块；
54.针对每一个图像块，对所述图像块的亮度进行对比度增强处理，获得所述图像块对应的增强图像块；
55.将相邻的增强图像块进行拼接，获得更新后的增强亮度通道；
56.根据所述更新后的增强亮度通道、所述饱和度通道以及所述色度通道，生成所述rgb彩色图像。
57.进一步，所述故障检测模块检测方法如下：
58.1)通过监测器获取农药喷施无人机的飞行状态信息；跳转至与所述飞行状态信息的信息类型对应的故障检测模型；根据所述故障检测模型及所述飞行状态信息，执行故障检测操作。
59.进一步，所述当所述农药喷施无人机包括若干传感器，所述飞行状态信息包括传感器数据时，所述根据所述故障检测模型及所述飞行状态信息，执行故障检测操作，包括：
60.判断所述传感器数据的时间戳是否正常更新；
61.若不正常更新，则判断所述时间戳不更新以来是否超时；
62.若超时，则确定所述传感器数据对应的传感器异常；
63.若正常更新，所述传感器数据的数值是否在第一预设数值范围；
64.若不在第一预设数值范围，则确定所述传感器异常；
65.若在第一预设数值范围，则判断所述传感器的温度是否在第一预设温度范围；
66.若不在第一预设温度范围，则确定所述传感器异常；
67.若在第一预设温度范围，则判断所述传感器的噪声是否在预设噪声范围；
68.若不在预设噪声范围，则确定所述传感器异常；
69.若在预设噪声范围，则将所述传感器数据输入至经验比对数据库，判断所述传感器数据是否存在异常；
70.若存在异常，则确定所述传感器异常；
71.若不存在异常，则确定所述传感器正常；
72.当所述传感器数据包括加速度数据时，所述根据所述故障检测模型及所述飞行状态信息，执行故障检测操作还包括：
73.计算所述加速度数据的模值；
74.判断所述模值是否大于预设加速度阈值；
75.若是，则确定所述农药喷施无人机受到撞击；
76.若否，则确定所述农药喷施无人机未受到撞击；
77.当所述飞行状态信息包括遥控指令时，所述根据所述故障检测模型及所述飞行状态信息，执行故障检测操作，包括：
78.判断所述遥控指令的时间戳是否正常更新；
79.若不正常更新，则判断所述时间戳不更新以来是否超时；
80.若超时，则确定与所述农药喷施无人机通信连接的遥控设备失联；
81.若正常更新，则判断所述遥控指令的数值是否在第二预设数值范围；
82.若不在第二预设数值范围，则确定所述遥控设备失联；
83.若在第二预设数值范围，则确定所述遥控设备正常；
84.当所述农药喷施无人机包括自动控制系统，所述自动控制系统包括姿态控制器、水平速度控制器、位置控制器以及高度控制器，所述飞行状态信息包括系统控制指令和系统状态数据时，所述根据所述故障检测模型及所述飞行状态信息，执行故障检测操作，包括：
85.判断所述系统控制指令和所述系统状态数据的时间戳是否正常更新；
86.若不正常更新，则判断所述时间戳不更新以来是否超时；
87.若超时，则确定所述自动控制系统异常；
88.若正常更新，则判断所述姿态控制器是否处于发散状态；
89.若姿态控制器处于发散状态，则确定所述自动控制系统异常；
90.若姿态控制器不处于发散状态，则判断所述水平速度控制器和所述位置控制器是
否处于发散状态；
91.若水平速度控制器和位置控制器处于发散状态，则确定所述自动控制系统异常；
92.若水平速度控制器和位置控制器不处于发散状态，则判断所述高度控制器是否处于发散状态；
93.若高度控制器处于发散状态，则确定所述自动控制系统异常；
94.若高度控制器不处于发散状态，则判断所述自动控制系统的数据融合是否处于发散状态；
95.若数据融合处于发散状态，则确定所述自动控制系统异常；
96.若数据融合不处于发散状态，则确定所述自动控制系统正常。
97.结合上述的技术方案和解决的技术问题，请从以下几方面分析本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
98.第一、针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本发明的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等，详细、深刻地分析本发明技术方案如何解决的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下：
99.本发明通过视频增强模块获得的增强农药喷施视频中每一组相邻的农药喷施视频帧为待处理农药喷施视频中一组待处理农药喷施视频帧和目标农药喷施视频帧各自对应的增强图像；提高视频清晰度；同时，通过故障检测模块获取农药喷施无人机的飞行状态信息，跳转至与飞行状态信息的信息类型对应的故障检测模型，根据故障检测模型及飞行状态信息，执行故障检测操作。
100.本发明通过无人机控制模块控制方法有效解决了植保无人机在垂直起降阶段或者悬停时抗侧风的问题，避免了因航向控制导致姿态控制余量不足的情况，能有效减少能力损耗，提高续航能力；本发明将侧风转为迎风，提高植保无人机的抗风能力，保持稳定性；使植保无人机可在风速更大的环境起降，完成任务需求，节约时间成本。
101.第二，把技术方案看做一个整体或者从产品的角度，本发明所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：
102.本发明通过视频增强模块获得的增强农药喷施视频中每一组相邻的农药喷施视频帧为待处理农药喷施视频中一组待处理农药喷施视频帧和目标农药喷施视频帧各自对应的增强图像；提高视频清晰度；同时，通过故障检测模块获取农药喷施无人机的飞行状态信息，跳转至与飞行状态信息的信息类型对应的故障检测模型，根据故障检测模型及飞行状态信息，执行故障检测操作。
附图说明
103.图1是本发明实施例提供的植保无人机农药精准喷施方法流程图。
104.图2是本发明实施例提供的植保无人机农药精准喷施系统结构框图。
105.图3是本发明实施例提供的视频增强模块增强方法流程图。
106.图4是本发明实施例提供的故障检测模块检测方法流程图。
107.图2中：1、喷施视频监控模块；2、无人机控制模块；3、中央控制模块；4、视频增强模块；5、喷洒位置确定模块；6、农药喷洒模块；7、故障检测模块；8、显示模块。
具体实施方式
108.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
109.一、解释说明实施例。为了使本领域技术人员充分了解本发明如何具体实现，该部分是对权利要求技术方案进行展开说明的解释说明实施例。
110.如图1所示，本发明提供的植保无人机农药精准喷施方法包括以下步骤：
111.s101，通过喷施视频监控模块利用无人机摄像器监控农药喷施视频；通过无人机控制模块对无人机进行远程控制；
112.s102，中央控制模块通过视频增强模块对农药喷施视频进行增强处理；
113.s103，通过喷洒位置确定模块确定农药喷洒位置；通过农药喷洒模块喷洒农药；通过故障检测模块对无人机故障进行检查；
114.s104，通过显示模块显示农药喷施视频、喷洒位置、检测结果。
115.如图2所示，本发明实施例提供的植保无人机农药精准喷施系统包括：
116.喷施视频监控模块1、无人机控制模块2、中央控制模块3、视频增强模块4、喷洒位置确定模块5、农药喷洒模块6、故障检测模块7、显示模块8。
117.喷施视频监控模块1，与中央控制模块3连接，用于通过无人机摄像器监控农药喷施视频；
118.无人机控制模块2，与中央控制模块3连接，用于对无人机进行远程控制；
119.所述无人机控制模块控制方法：
120.当植保无人机作业刚起飞或准备垂直降落时，植保无人机先进入定点悬停阶段，使植保无人机在设定的悬停固定点上及距离悬停固定点设定的距离内，进行定点悬停；
121.在设定的植保无人机定点悬停时间t内，判断是否有人工干预，若有，则重新计时，返回定点悬停阶段；否则即刻进入航向调整阶段，根据植保无人机定点悬停的悬停固定点位置与植保无人机当前的位置的水平距离，确定期望达到的滚转角，形成滚转角指令，根据滚转角指令，判断滚转角指令是否达到设定的滚转角阈值；若达到，进行下一步，否则，不需要调整植保无人机航向；
122.调整植保无人机航向，使机头对准来流方向，完成植保无人机悬停自动对风；
123.中央控制模块3，与喷施视频监控模块1、无人机控制模块2、视频增强模块4、喷洒位置确定模块5、农药喷洒模块6、故障检测模块7、显示模块8连接，用于控制各个模块正常工作；
124.视频增强模块4，与中央控制模块3连接，用于对农药喷施视频进行增强处理；
125.喷洒位置确定模块5，与中央控制模块3连接，用于确定农药喷洒位置；
126.农药喷洒模块6，与中央控制模块3连接，用于喷洒农药；
127.故障检测模块7，与中央控制模块3连接，用于对无人机故障进行检查；
128.显示模块8，与中央控制模块3连接，用于显示农药喷施视频、喷洒位置、检测结果。
129.如图3所示，本发明提供的视频增强模块4增强方法如下：
130.s201，获取待处理农药喷施视频中的目标农药喷施视频帧，并对所述目标农药喷施视频帧进行图像增强处理，得到所述目标农药喷施视频帧对应的目标增强图像；根据所
述目标增强图像，确定待处理农药喷施视频帧对应的增强图像；其中，所述待处理农药喷施视频帧为根据所述目标农药喷施视频帧所确定的待进行图像增强处理的农药喷施视频帧；
131.s202，将所述待处理农药喷施视频帧作为目标农药喷施视频帧，以及将所述待处理农药喷施视频帧对应的增强图像作为目标增强图像，返回执行所述根据所述目标增强图像，确定待处理农药喷施视频帧对应的增强图像的步骤，直至获得所述待处理农药喷施视频中预设数量的农药喷施视频帧各自分别对应的增强图像；根据所述待处理农药喷施视频中农药喷施视频帧对应的增强图像，确定所述待处理农药喷施视频对应的增强农药喷施视频。
132.本发明提供的待处理农药喷施视频帧为与所述目标农药喷施视频帧相邻的农药喷施视频帧。
133.本发明提供的对所述目标农药喷施视频帧进行图像增强处理，得到所述目标农药喷施视频帧对应的目标增强图像，包括：
134.获取所述目标农药喷施视频帧的亮度通道；
135.根据所述目标农药喷施视频帧的亮度通道，确定所述目标农药喷施视频帧的多个光照分量；
136.根据所述目标农药喷施视频帧的多个光照分量，确定所述目标农药喷施视频帧对应的融合光照分量；
137.根据所述融合光照分量对所述目标农药喷施视频帧进行处理，生成所述目标农药喷施视频帧对应的目标增强图像。
138.本发明提供的根据所述目标农药喷施视频帧的亮度通道，确定所述目标农药喷施视频帧的多个光照分量，包括：
139.对所述亮度通道进行低通滤波处理，获得第一光照分量；
140.对所述亮度通道进行变分运算，获得第二光照分量。
141.本发明提供的根据所述目标农药喷施视频帧的多个光照分量，确定所述目标农药喷施视频帧对应的融合光照分量，包括：
142.确定所述第一光照分量的第一梯度和所述第二光照分量的第二梯度；
143.基于所述第一梯度和所述第二梯度，对所述第一光照分量和所述第二光照分量进行融合处理，获得所述融合光照分量。
144.本发明提供的根据所述融合光照分量对所述目标农药喷施视频帧进行处理，生成所述目标农药喷施视频帧对应的目标增强图像，包括：
145.根据所述融合光照分量和所述亮度通道，确定所述亮度通道的反射分量；
146.对所述反射分量进行校正，生成校正后的反射分量；
147.对所述融合光照分量进行非线性拉伸，生成拉伸后融合光照分量；
148.根据所述拉伸后的融合光照分量和所述校正后的反射分量，获得增强亮度通道；
149.根据所述增强亮度通道对所述目标农药喷施视频帧进行处理，生成所述目标农药喷施视频帧对应的目标增强图像；
150.所述根据所述增强亮度通道对所述目标农药喷施视频帧进行处理，生成所述目标农药喷施视频帧对应的目标增强图像，包括：
151.获取所述目标农药喷施视频帧的饱和度通道以及色度通道；
152.根据所述增强亮度通道、所述饱和度通道以及所述色度通道，生成rgb彩色图像；
153.将所述rgb彩色图像作为所述目标农药喷施视频帧对应的目标增强图像；
154.所述根据所述增强亮度通道、所述饱和度通道以及所述色度通道，生成rgb彩色图像，包括：
155.将所述增强亮度通道划分为多个图像块；
156.针对每一个图像块，对所述图像块的亮度进行对比度增强处理，获得所述图像块对应的增强图像块；
157.将相邻的增强图像块进行拼接，获得更新后的增强亮度通道；
158.根据所述更新后的增强亮度通道、所述饱和度通道以及所述色度通道，生成所述rgb彩色图像。
159.如图4所示，本发明提供的故障检测模块7检测方法如下：
160.s301，通过监测器获取农药喷施无人机的飞行状态信息；跳转至与所述飞行状态信息的信息类型对应的故障检测模型；根据所述故障检测模型及所述飞行状态信息，执行故障检测操作。
161.本发明提供的当所述农药喷施无人机包括若干传感器，所述飞行状态信息包括传感器数据时，所述根据所述故障检测模型及所述飞行状态信息，执行故障检测操作，包括：
162.判断所述传感器数据的时间戳是否正常更新；
163.若不正常更新，则判断所述时间戳不更新以来是否超时；
164.若超时，则确定所述传感器数据对应的传感器异常；
165.若正常更新，所述传感器数据的数值是否在第一预设数值范围；
166.若不在第一预设数值范围，则确定所述传感器异常；
167.若在第一预设数值范围，则判断所述传感器的温度是否在第一预设温度范围；
168.若不在第一预设温度范围，则确定所述传感器异常；
169.若在第一预设温度范围，则判断所述传感器的噪声是否在预设噪声范围；
170.若不在预设噪声范围，则确定所述传感器异常；
171.若在预设噪声范围，则将所述传感器数据输入至经验比对数据库，判断所述传感器数据是否存在异常；
172.若存在异常，则确定所述传感器异常；
173.若不存在异常，则确定所述传感器正常；
174.当所述传感器数据包括加速度数据时，所述根据所述故障检测模型及所述飞行状态信息，执行故障检测操作还包括：
175.计算所述加速度数据的模值；
176.判断所述模值是否大于预设加速度阈值；
177.若是，则确定所述农药喷施无人机受到撞击；
178.若否，则确定所述农药喷施无人机未受到撞击；
179.当所述飞行状态信息包括遥控指令时，所述根据所述故障检测模型及所述飞行状态信息，执行故障检测操作，包括：
180.判断所述遥控指令的时间戳是否正常更新；
181.若不正常更新，则判断所述时间戳不更新以来是否超时；
182.若超时，则确定与所述农药喷施无人机通信连接的遥控设备失联；
183.若正常更新，则判断所述遥控指令的数值是否在第二预设数值范围；
184.若不在第二预设数值范围，则确定所述遥控设备失联；
185.若在第二预设数值范围，则确定所述遥控设备正常；
186.当所述农药喷施无人机包括自动控制系统，所述自动控制系统包括姿态控制器、水平速度控制器、位置控制器以及高度控制器，所述飞行状态信息包括系统控制指令和系统状态数据时，所述根据所述故障检测模型及所述飞行状态信息，执行故障检测操作，包括：
187.判断所述系统控制指令和所述系统状态数据的时间戳是否正常更新；
188.若不正常更新，则判断所述时间戳不更新以来是否超时；
189.若超时，则确定所述自动控制系统异常；
190.若正常更新，则判断所述姿态控制器是否处于发散状态；
191.若姿态控制器处于发散状态，则确定所述自动控制系统异常；
192.若姿态控制器不处于发散状态，则判断所述水平速度控制器和所述位置控制器是否处于发散状态；
193.若水平速度控制器和位置控制器处于发散状态，则确定所述自动控制系统异常；
194.若水平速度控制器和位置控制器不处于发散状态，则判断所述高度控制器是否处于发散状态；
195.若高度控制器处于发散状态，则确定所述自动控制系统异常；
196.若高度控制器不处于发散状态，则判断所述自动控制系统的数据融合是否处于发散状态；
197.若数据融合处于发散状态，则确定所述自动控制系统异常；
198.若数据融合不处于发散状态，则确定所述自动控制系统正常。
199.二、应用实施例。为了证明本发明的技术方案的创造性和技术价值，该部分是对权利要求技术方案进行具体产品上或相关技术上的应用实施例。
200.本发明通过视频增强模块获得的增强农药喷施视频中每一组相邻的农药喷施视频帧为待处理农药喷施视频中一组待处理农药喷施视频帧和目标农药喷施视频帧各自对应的增强图像；提高视频清晰度；同时，通过故障检测模块获取农药喷施无人机的飞行状态信息，跳转至与飞行状态信息的信息类型对应的故障检测模型，根据故障检测模型及飞行状态信息，执行故障检测操作。
201.应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、cd或dvd-rom的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
202.三、实施例相关效果的证据。本发明实施例在研发或者使用过程中取得了一些积极效果，和现有技术相比的确具备很大的优势，下面内容结合试验过程的数据、图表等进行描述。
203.本发明通过视频增强模块获得的增强农药喷施视频中每一组相邻的农药喷施视频帧为待处理农药喷施视频中一组待处理农药喷施视频帧和目标农药喷施视频帧各自对应的增强图像；提高视频清晰度；同时，通过故障检测模块获取农药喷施无人机的飞行状态信息，跳转至与飞行状态信息的信息类型对应的故障检测模型，根据故障检测模型及飞行状态信息，执行故障检测操作。
204.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种植保无人机农药精准喷施系统，其特征在于，所述植保无人机农药精准喷施系统包括：喷施视频监控模块、无人机控制模块、中央控制模块、视频增强模块、喷洒位置确定模块、农药喷洒模块、故障检测模块、显示模块；喷施视频监控模块，与中央控制模块连接，用于通过无人机摄像器监控农药喷施视频；无人机控制模块，与中央控制模块连接，用于对无人机进行远程控制；所述无人机控制模块控制方法：当植保无人机作业刚起飞或准备垂直降落时，植保无人机先进入定点悬停阶段，使植保无人机在设定的悬停固定点上及距离悬停固定点设定的距离内，进行定点悬停；在设定的植保无人机定点悬停时间t内，判断是否有人工干预，若有，则重新计时，返回定点悬停阶段；否则即刻进入航向调整阶段，根据植保无人机定点悬停的悬停固定点位置与植保无人机当前的位置的水平距离，确定期望达到的滚转角，形成滚转角指令，根据滚转角指令，判断滚转角指令是否达到设定的滚转角阈值；若达到，进行下一步，否则，不需要调整植保无人机航向；调整植保无人机航向，使机头对准来流方向，完成植保无人机悬停自动对风；中央控制模块，与喷施视频监控模块、无人机控制模块、视频增强模块、喷洒位置确定模块、农药喷洒模块、故障检测模块、显示模块连接，用于控制各个模块正常工作；视频增强模块，与中央控制模块连接，用于对农药喷施视频进行增强处理；喷洒位置确定模块，与中央控制模块连接，用于确定农药喷洒位置；农药喷洒模块，与中央控制模块连接，用于喷洒农药；故障检测模块，与中央控制模块连接，用于对无人机故障进行检查；显示模块，与中央控制模块连接，用于显示农药喷施视频、喷洒位置、检测结果。2.一种如权利要求1所述的植保无人机农药精准喷施方法，其特征在于，所述植保无人机农药精准喷施方法包括以下步骤：步骤一，通过喷施视频监控模块利用无人机摄像器监控农药喷施视频；通过无人机控制模块对无人机进行远程控制；步骤二，中央控制模块通过视频增强模块对农药喷施视频进行增强处理；步骤三，通过喷洒位置确定模块确定农药喷洒位置；通过农药喷洒模块喷洒农药；通过故障检测模块对无人机故障进行检查；步骤四，通过显示模块显示农药喷施视频、喷洒位置、检测结果。3.如权利要求1所述植保无人机农药精准喷施系统，其特征在于，所述视频增强模块增强方法如下：1)获取待处理农药喷施视频中的目标农药喷施视频帧，并对所述目标农药喷施视频帧进行图像增强处理，得到所述目标农药喷施视频帧对应的目标增强图像；根据所述目标增强图像，确定待处理农药喷施视频帧对应的增强图像；其中，所述待处理农药喷施视频帧为根据所述目标农药喷施视频帧所确定的待进行图像增强处理的农药喷施视频帧；2)将所述待处理农药喷施视频帧作为目标农药喷施视频帧，以及将所述待处理农药喷施视频帧对应的增强图像作为目标增强图像，返回执行所述根据所述目标增强图像，确定待处理农药喷施视频帧对应的增强图像的步骤，直至获得所述待处理农药喷施视频中预设
数量的农药喷施视频帧各自分别对应的增强图像；根据所述待处理农药喷施视频中农药喷施视频帧对应的增强图像，确定所述待处理农药喷施视频对应的增强农药喷施视频。4.如权利要求3所述植保无人机农药精准喷施系统，其特征在于，所述待处理农药喷施视频帧为与所述目标农药喷施视频帧相邻的农药喷施视频帧。5.如权利要求3所述植保无人机农药精准喷施系统，其特征在于，所述对所述目标农药喷施视频帧进行图像增强处理，得到所述目标农药喷施视频帧对应的目标增强图像，包括：获取所述目标农药喷施视频帧的亮度通道；根据所述目标农药喷施视频帧的亮度通道，确定所述目标农药喷施视频帧的多个光照分量；根据所述目标农药喷施视频帧的多个光照分量，确定所述目标农药喷施视频帧对应的融合光照分量；根据所述融合光照分量对所述目标农药喷施视频帧进行处理，生成所述目标农药喷施视频帧对应的目标增强图像。6.如权利要求3所述植保无人机农药精准喷施系统，其特征在于，所述根据所述目标农药喷施视频帧的亮度通道，确定所述目标农药喷施视频帧的多个光照分量，包括：对所述亮度通道进行低通滤波处理，获得第一光照分量；对所述亮度通道进行变分运算，获得第二光照分量。7.如权利要求3所述植保无人机农药精准喷施系统，其特征在于，所述根据所述目标农药喷施视频帧的多个光照分量，确定所述目标农药喷施视频帧对应的融合光照分量，包括：确定所述第一光照分量的第一梯度和所述第二光照分量的第二梯度；基于所述第一梯度和所述第二梯度，对所述第一光照分量和所述第二光照分量进行融合处理，获得所述融合光照分量。8.如权利要求3所述植保无人机农药精准喷施系统，其特征在于，所述根据所述融合光照分量对所述目标农药喷施视频帧进行处理，生成所述目标农药喷施视频帧对应的目标增强图像，包括：根据所述融合光照分量和所述亮度通道，确定所述亮度通道的反射分量；对所述反射分量进行校正，生成校正后的反射分量；对所述融合光照分量进行非线性拉伸，生成拉伸后融合光照分量；根据所述拉伸后的融合光照分量和所述校正后的反射分量，获得增强亮度通道；根据所述增强亮度通道对所述目标农药喷施视频帧进行处理，生成所述目标农药喷施视频帧对应的目标增强图像；所述根据所述增强亮度通道对所述目标农药喷施视频帧进行处理，生成所述目标农药喷施视频帧对应的目标增强图像，包括：获取所述目标农药喷施视频帧的饱和度通道以及色度通道；根据所述增强亮度通道、所述饱和度通道以及所述色度通道，生成rgb彩色图像；将所述rgb彩色图像作为所述目标农药喷施视频帧对应的目标增强图像；所述根据所述增强亮度通道、所述饱和度通道以及所述色度通道，生成rgb彩色图像，包括：将所述增强亮度通道划分为多个图像块；
针对每一个图像块，对所述图像块的亮度进行对比度增强处理，获得所述图像块对应的增强图像块；将相邻的增强图像块进行拼接，获得更新后的增强亮度通道；根据所述更新后的增强亮度通道、所述饱和度通道以及所述色度通道，生成所述rgb彩色图像。9.如权利要求1所述植保无人机农药精准喷施系统，其特征在于，所述故障检测模块检测方法如下：1)通过监测器获取农药喷施无人机的飞行状态信息；跳转至与所述飞行状态信息的信息类型对应的故障检测模型；根据所述故障检测模型及所述飞行状态信息，执行故障检测操作。10.如权利要求9所述植保无人机农药精准喷施系统，其特征在于，所述当所述农药喷施无人机包括若干传感器，所述飞行状态信息包括传感器数据时，所述根据所述故障检测模型及所述飞行状态信息，执行故障检测操作，包括：判断所述传感器数据的时间戳是否正常更新；若不正常更新，则判断所述时间戳不更新以来是否超时；若超时，则确定所述传感器数据对应的传感器异常；若正常更新，所述传感器数据的数值是否在第一预设数值范围；若不在第一预设数值范围，则确定所述传感器异常；若在第一预设数值范围，则判断所述传感器的温度是否在第一预设温度范围；若不在第一预设温度范围，则确定所述传感器异常；若在第一预设温度范围，则判断所述传感器的噪声是否在预设噪声范围；若不在预设噪声范围，则确定所述传感器异常；若在预设噪声范围，则将所述传感器数据输入至经验比对数据库，判断所述传感器数据是否存在异常；若存在异常，则确定所述传感器异常；若不存在异常，则确定所述传感器正常；当所述传感器数据包括加速度数据时，所述根据所述故障检测模型及所述飞行状态信息，执行故障检测操作还包括：计算所述加速度数据的模值；判断所述模值是否大于预设加速度阈值；若是，则确定所述农药喷施无人机受到撞击；若否，则确定所述农药喷施无人机未受到撞击；当所述飞行状态信息包括遥控指令时，所述根据所述故障检测模型及所述飞行状态信息，执行故障检测操作，包括：判断所述遥控指令的时间戳是否正常更新；若不正常更新，则判断所述时间戳不更新以来是否超时；若超时，则确定与所述农药喷施无人机通信连接的遥控设备失联；若正常更新，则判断所述遥控指令的数值是否在第二预设数值范围；若不在第二预设数值范围，则确定所述遥控设备失联；
若在第二预设数值范围，则确定所述遥控设备正常；当所述农药喷施无人机包括自动控制系统，所述自动控制系统包括姿态控制器、水平速度控制器、位置控制器以及高度控制器，所述飞行状态信息包括系统控制指令和系统状态数据时，所述根据所述故障检测模型及所述飞行状态信息，执行故障检测操作，包括：判断所述系统控制指令和所述系统状态数据的时间戳是否正常更新；若不正常更新，则判断所述时间戳不更新以来是否超时；若超时，则确定所述自动控制系统异常；若正常更新，则判断所述姿态控制器是否处于发散状态；若姿态控制器处于发散状态，则确定所述自动控制系统异常；若姿态控制器不处于发散状态，则判断所述水平速度控制器和所述位置控制器是否处于发散状态；若水平速度控制器和位置控制器处于发散状态，则确定所述自动控制系统异常；若水平速度控制器和位置控制器不处于发散状态，则判断所述高度控制器是否处于发散状态；若高度控制器处于发散状态，则确定所述自动控制系统异常；若高度控制器不处于发散状态，则判断所述自动控制系统的数据融合是否处于发散状态；若数据融合处于发散状态，则确定所述自动控制系统异常；若数据融合不处于发散状态，则确定所述自动控制系统正常。

技术总结
本发明属于农药精准喷施技术领域，公开了一种植保无人机农药精准喷施系统及喷施方法，所述植保无人机农药精准喷施系统包括：喷施视频监控模块、无人机控制模块、中央控制模块、视频增强模块、喷洒位置确定模块、农药喷洒模块、故障检测模块、显示模块。本发明通过视频增强模块获得的增强农药喷施视频中每一组相邻的农药喷施视频帧为待处理农药喷施视频中一组待处理农药喷施视频帧和目标农药喷施视频帧各自对应的增强图像；提高视频清晰度；同时，通过故障检测模块获取农药喷施无人机的飞行状态信息，跳转至与飞行状态信息的信息类型对应的故障检测模型，根据故障检测模型及飞行状态信息，执行故障检测操作。执行故障检测操作。执行故障检测操作。


技术研发人员：白桂萍 石磊 李新斌 刘尚友 张自勇 胡锐灵 郑恩礼
受保护的技术使用者：襄阳市植物保护站
技术研发日：2023.03.21
技术公布日：2023/7/4