普通植物保护机械不考虑杂草和作物在空间上的区域分布特征,将农药均匀地喷洒在田间或整个行上,不仅造成了农药的大量浪费、污染了生态环境,严重时还影响到农作物的生长,最终会影响产量。国内外研究表明,实施精准、精量喷雾,可节约农药40%-60%。本文在对国内外相关文献深入分析评述的基础上,以穴播玉米幼苗为作业对象,针对穴播作物的位置特征,设计了基于机器视觉的变量喷雾控制系统,构建了该控制系统的软、硬件试验平台。在实验室内进行了动态模拟试验,对各算法进行了调整并对系统的匹配模型进行了验证。本文的主要研究内容如下:(1)对运动图像的实时采集方法进行了研究。分析了各采集设备的合理配置,以及自然光照条件下获取清晰运动图像的方法,实现了动态图像的实时采集,为进一步的田间图像的实时处理研究作了准备。(2)利用自动取阈法对绿色植物与背景进行了分割。在彩色图像分割中,通过对比分析研究了绿色作物与背景的各种分割方法,确定了超绿色灰度化方法,并利用Ostu最大类间方差自动取阈法对绿色植物与背景进行了分割。试验结果表明,此算法具有很好的适应性,对动态图像的分割效果很好。(3)研究了作物株心定位方法。对株心定位方法进行了比较研究,针对田间穴播作物按规律分布生长的特点和田间场景中植物叶片交叠等问题,提出了一种基于作物位置特征的过分割区块投影定位作物株心的方法。通过对灰度化图像进行过度分割,滤出大部分杂草像素,在过分割图像中进行中心区块投影确定作物株心,提高了定位精度。依据获得的株心位置,划分喷雾区块进行像素的统计判别,最终生成相应的喷雾控制指令编码。(4)设计了利用计算机并口控制电磁阀的驱动系统。分析了当前国内大多数研究都采用主从式控制方式控制电磁阀方法的固有缺点,提出了基于并口的控制方法。省去下位机,直接采用主机闲置的并口资源对电磁阀进行控制。实验证明,该方法能很好地实现对电磁阀的控制。(5)确定了株心坐标的透视投影调整模型。为了确定图像株心坐标与世界绝对坐标之间的关系,以便精确控制喷雾位置,依据摄像机透视成像原理推导出了株心坐标的透视投影调整和坐标转换的数学模型,并且通过试验验证了模型的准确性。(6)确定了穴间变量喷雾控制系统的匹配模型,构建了基于机器视觉的穴间变量喷雾控制系统试验平台。系统中各部分的匹配协调,是喷雾是否准确的关键。针对硬件系统中电磁阀、压力系统及喷头等的机械特性,实验测定了本系统的动作延迟参数,建立了穴间变量喷雾控制系统的匹配模型,并对各主要匹配参数进行了分析与设计,试验验证了系统模型的准确性。采用VB与Matlab混合编程的方法编写了基于机器视觉的变量喷雾控制系统试验软件。研究成果为变量喷雾机的研制奠定了基础。