CN112015212A - 光环境调控方法及***、设备、介质 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种光环境调控方法及***、设备、介质。其中，光环境调控方法应用于植物工厂的光环境调控***中的控制设备，该方法包括：接收光环境调控***中的采集设备发送的植物冠层图像和光环境信息；对植物冠层图像进行图像识别，得到植物工厂内的植物冠层信息；根据植物冠层信息和光环境信息，生成光源控制信号；向光环境调控***中的光照设备发送光源控制信号；其中，光源控制信号用于调节光照设备的发光参数。根据本公开实施例，能够降低植物工厂的生成成本。

Description

光环境调控方法及***、设备、介质

技术领域

本公开涉及植物工厂技术领域，尤其涉及一种光环境调控方法及***、设备、介质。

背景技术

植物工厂是在完全封闭或半封闭条件下采用现代工程、生物工程与信息技术等手段高精度控制植物生长的温度、湿度、光照、CO2浓度以及营养液等环境，从而实现农作物周年计划性生产的高效农业***。相比于传统农业，植物工厂具有以下优点：首先，植物工厂的环境自动可控，作物生长发育不受或很少受自然条件制约，供给稳定；其次，植物工厂可在垂直空间立体栽培，部署环境不受限制，节省空间，更贴近消费者，省去了产品运输成本；再次，植物工厂多采用水培方式，可以更好地控制害虫和预防疾病；更重要的是，在缓解人口数量和耕地面积之间的矛盾、解决农业人口下降等重大问题方面，植物工厂这种高效农业***具有极大的潜力。因此，植物工厂是未来城市农业发展的必然趋势。

然而，不可否认的是植物工厂在初期建设和运营过程中成本相对较高，这是导致其很难全面推广的主要原因之一。因此，降低植物工厂的生产成本是当前亟待解决的问题。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种光环境调控方法及***、设备、介质。

第一方面，本公开提供了一种光环境调控方法，应用于植物工厂的光环境调控***中的控制设备，该方法包括：

接收光环境调控***中的采集设备发送的植物冠层图像和光环境信息；

对植物冠层图像进行图像识别，得到植物工厂内的植物冠层信息；

根据植物冠层信息和光环境信息，生成光源控制信号；

向光环境调控***中的光照设备发送光源控制信号；其中，光源控制信号用于调节光照设备的发光参数。

第二方面，本公开提供了一种光环境调控***，应用于植物工厂，该***包括：

光照设备，用于发出人工光源；

采集设备，用于采集植物冠层图像和光环境信息；

控制设备，与光照设备和采集设备通信连接；

其中，控制设备用于接收采集设备发送的植物冠层图像和光环境信息；对植物冠层图像进行图像识别，得到植物工厂内的植物冠层信息；根据植物冠层信息和光环境信息，生成光源控制信号；向光环境调控***中的光照设备发送光源控制信号；其中，光源控制信号用于调节光照设备的发光参数。

第三方面，本公开提供了一种控制设备，包括：

处理器；

用于存储处理器可执行指令的存储器；

其中，处理器被配置为执行指令，以实现如第一方面所述的光环境调控方法。

第四方面，本公开提供了一种存储介质，当存储介质中的指令由控制设备的处理器执行时，使得控制设备能够执行如第一方面所述的光环境调控方法。

本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本公开实施例的光环境调控方法及***、设备、介质，能够对植物工厂的植物冠层图像进行图像识别，得到植物工厂内的植物冠层信息，并且根据植物冠层信息和光环境信息，生成光源控制信号，以向光环境调控***中的光照设备发送用于调节光照设备的发光参数的光源控制信号，由于植物冠层信息能够表征植物工厂内的植物的生长状态、光环境信息能够表征植物工厂内的光环境的环境状态，进而可以根据植物的生长状态和光环境的环境状态实时地生成光源控制信号，进而实时地利用光源控制性调节光照设备的发光参数，从而可以根据需要调整光照设备的能耗，进而降低植物工厂的生成成本。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开一个实施例提供的光环境调控***的结构示意图；

图2为本公开另一个实施例提供的光环境调控***的结构示意图；

图3为本公开一个实施例提供的光环境调控方法的流程示意图；

图4为本公开另一个实施例提供的光环境调控方法的流程示意图；

图5为本公开一个实施例提供的控制设备的硬件结构示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。

植物工厂是在完全封闭或半封闭条件下采用现代工程、生物工程与信息技术等手段高精度控制植物生长的温度、湿度、光照、CO2浓度以及营养液等环境，从而实现农作物周年计划性生产的高效农业***。

在利用植物工厂培育植物的过程中，申请人发现：

植物工厂生产时首先需要育苗，然后将幼苗移栽至植物工厂里进行培育。幼苗冠层面积较小，所以相邻幼苗间隙很大，而此时如果光照设备始终照射整个栽培床，大部分光照位于没有植物的栽培床上，造成了光源的严重浪费，直至植物生长后期较为茂盛时，相邻植物冠层紧挨且铺满整个栽培床，此时光源才会被充分利用。此外，不同光环境、不同生物量也会对光照设备所需的光照强度产生影响，植物进行呼吸作用和光合作用时所需的光照时间也会对光照需求产生影响。

因此，申请人发现，光照设备若发出恒定不变的光照，势必导致资源的严重浪费，进而提高了植物工厂的生产成本。

为了解决上述的问题，本公开实施例提供了一种光环境调控方法及***、设备、介质。下面，首先对本公开实施例所提供的光环境调控***进行说明。

本公开实施例提供了一种应用于植物工厂的光环境调控***，该光环境调控***可以包括光照设备、采集设备和控制设备，控制设备与光照设备和采集设备通信连接。

其中，光照设备可以用于发出人工光源，光照设备可以面向栽培床上的植物种植区域设置，使光照设备可以向植物种植区域发出人工光源。

采集设备可以用于采集植物冠层图像和光环境信息，并将采集到的植物冠层图像和光环境信息发送至控制设备。可选地，采集设备可以每隔预定时间间隔采集植物冠层图像和光环境信息，该预定时间间隔可以根据需要设定，例如，30秒、1分钟、5分钟、10分钟、30分钟等。

控制设备可以为电子设备或服务器。其中，电子设备可以是手机、平板电脑、台式电脑、一体机等具有通讯功能的设备，也可以是虚拟机或模拟器模拟的设备。服务器可以是一种具有存储以及计算功能的设备。

控制设备可以用于接收采集设备发送的植物冠层图像和光环境信息，并且对植物冠层图像进行图像识别，得到植物工厂内的植物冠层信息，进而根据植物冠层信息和光环境信息，生成光源控制信号，以向光环境调控***中的光照设备发送光源控制信号。其中，光源控制信号用于调节光照设备的发光参数。光照设备可以根据光源控制信号用于调节发光参数，进而调节所发出的人工光源的光源参数，以满足植物在不同的生长阶段对光照的需求。

需要说明的是，控制设备控制光照设备调节发光参数的具体方法将在后文详细说明，在此不做赘述。

在本公开实施例中，控制设备能够对采集设备发送的植物工厂的植物冠层图像进行图像识别，得到植物工厂内的植物冠层信息，并且根据植物冠层信息和采集设备发送的光环境信息，生成光源控制信号，以向光环境调控***中的光照设备发送用于调节光照设备的发光参数的光源控制信号，由于植物冠层信息能够表征植物工厂内的植物的生长状态、光环境信息能够表征植物工厂内的光环境的环境状态，进而可以根据植物的生长状态和光环境的环境状态实时地生成光源控制信号，进而实时地利用光源控制性调节光照设备的发光参数，从而可以根据需要调整光照设备的能耗，进而降低植物工厂的生成成本。

下面，将参照图1和图2，对本公开实施例所提供的光环境调控***进行详细说明。

图1示出了本公开一个实施例提供的光环境调控***的结构示意图。如图1所示，该光环境调控***可以包括光照设备、采集设备和控制设备。其中，采集设备包括环境光传感器1和图像采集器2，控制设备包括台式电脑3，光照设备可以包括发光二极管(LightEmitting Diode，LED)灯组4，LED灯组4可以包括多个LED，台式电脑3可以分别与光照设备和采集设备通信连接。

在一些实施例中，图像采集器2可以面向栽培床上的植物种植区域设置，使图像采集器的图像采集区域为植物工厂的栽培床上的植物种植区域，图像采集器可以用于采集植物种植区域内的植物冠层图像。

进一步地，图像采集器2可以为任一的图像拍摄装置，例如，相机或摄像机。

可选地，图像采集器2所获取的图像种类包括但不限于GRB图像、全色图像、深度图像、热红外图像、高光谱图像、多光谱图像、点云图像。

在本公开实施例中，图像采集器2可以采集植物种植区域的至少部分区域的图像，植物冠层图像中包括至少一株植物的冠层图像。

在一些示例中，由于图像采集器2的图像采集区域的面积有限，在植物种植区域较大的情况下，可以固定设置多个图像采集器，并且使每个图像采集器2对应植物种植区域中的一部分，以采集全部植物种植区域内的植物冠层图像。

具体地，图像采集器2的数量可以根据图像采集器2的图像采集区域的面积和植物种植区域的面积确定，例如，将植物种植区域的面积除以图像采集器2的图像采集区域的面积，得到商值，然后对该商值进行向上取整，得到图像采集器2的数量。

在另一些示例中，由于图像采集器2的图像采集区域的面积有限，在植物种植区域较大的情况下，该光环境调控***还可以包括第一轨道，图像采集器2可以与第一轨道可滑动连接，台式电脑3还可以用于控制第一轨道驱动图像采集器2或控制图像采集器2沿第一轨道移动，以使图像采集器1的图像采集区域依次对应植物种植区域中的每个部分，以采集全部植物种植区域内的植物冠层图像。

在又一些示例中，由于图像采集器2的图像采集区域的面积有限，在植物种植区域较大的情况下，图像采集器2可以仅对应植物种植区域中的任意一部分，以将该部分内的植物冠层信息作为参考，调节光照设备的发光参数。

具体地，图像采集器2可以设置于栽培床的四周或者栽培床的上方，在此不作限定。

可选地，图像采集器2可以仅采集单株植物的植物冠层图像，也可以采集多株植物的植物冠层图像，在此不作限定。

在本公开实施例中，环境光传感器1可以采集植物种植区域的至少部分区域的光环境信息。

在一些实施例中，环境光传感器1设置于栽培床上的植物种植区域内，环境光传感器用于采集植物种植区域内的光环境信息，例如，光环境信息可以包括整个环境中的光照强度和多个色光的光照强度中的至少一种。

可选地，环境光传感器1可以为任何适用于采集人工光环境和自然光环境的光传感器，在此不作限定。

在一些示例中，由于环境光传感器1的检测范围有限，在植物种植区域较大的情况下，可以固定设置多个环境光传感器1，并且使每个环境光传感器1对应植物种植区域中的一部分，以采集全部植物种植区域内的光环境信息。

在另一些示例中，由于环境光传感器1的图像采集区域的面积有限，在植物种植区域较大的情况下，该光环境调控***还可以包括第二轨道，环境光传感器1可以与第二轨道可滑动连接，台式电脑3还可以用于控制第二轨道驱动环境光传感器1或控制环境光传感器1沿第二轨道移动，以使环境光传感器1依次采集植物种植区域中的每个部分的光环境信息，以采集全部植物种植区域内的光环境信息。

在又一些示例中，由于环境光传感器1的图像采集区域的面积有限，在植物种植区域较大的情况下，环境光传感器1可以仅对应植物种植区域中的任意一部分，以将该部分内的光环境信息作为参考，调节光照设备的发光参数。

在一些实施例中，多个LED可以用于发出用植物生长所需光照的人工光源，多个LED可以面向栽培床上的植物种植区域设置，使多个LED可以向植物种植区域发出人工光源。

可选地，多个LED可以按照预设排布方式设置，例如，阵列设置、呈棋盘状设置等。

可选地，多个LED可以发出相同的色光，例如，多个LED可以均发出白光。多个LED也可以发出不同的色光，例如，多个LED可以分为多组，每组LED内的LED的发光颜色可以不同。

可选地，多个LED的工作功率可以相同，也可以不同。

在生产过程中，植物工厂采用LED为植物提供所需的光照，可以为植物工厂降低约50％的能耗，进而降低植物工厂的生产成本。

在本公开一些实施例中，光照设备可以包括多个LED，光源控制信号可以根据多个LED中的可开启LED和可开启LED的功率变化量生成，多个LED中的可开启LED可以根据光照设备的发光区域和发光区域的发光面积确定，可开启LED的功率变化量可以根据发光区域的发光强度变化量确定，植物冠层信息可以包括植物生物量、植物冠层形状、植物冠层面积和植物冠层位置，发光区域和发光面积可以根据植物冠层形状、植物冠层面积和植物冠层位置确定，发光强度变化量可以根据植物生物量和光环境信息确定。

具体地，台式电脑3可以首先根据植物冠层形状、植物冠层面积和植物冠层位置确定光照设备的发光区域和发光区域的发光面积，并且根据植物生物量和光环境信息确定发光区域的发光强度变化量，然后发光区域和发光面积确定多个LED中的可开启LED，并且根据发光强度变化量确定可开启LED的功率变化量，进而据多个LED中的可开启LED和可开启LED的功率变化量生成光源控制信号，并且将光源控制信号发送给光照设备，将在后文详细说明。

由此，可以根据植物冠层信息和光环境信息，动态调节光照设备的发光区域、发光区域的发光面积和发光区域的发光强度变化量，进而根据发光区域、发光面积和发光强度变化量，动态调节可开启LED所处的区域，可开启LED的数量和可开启LED的功率，从而可以根据需要准确地调整光照设备的发光方式，在保证植物工厂内的植物的正常生长的前提下，降低植物工厂的生产成本。

图2示出了本公开另一个实施例提供的光环境调控***的结构示意图。如图2所示，该光环境调控***可以包括光照设备、采集设备和控制设备。其中，采集设备包括环境光传感器1和图像采集器2，控制设备包括台式电脑3，光照设备可以包括LED灯组4和LED控制电路5，LED灯组4可以包括多个LED，台式电脑3可以分别与LED控制电路5和采集设备通信连接，LED控制电路5可以与LED灯组4电连接。

需要说明的是，环境光传感器1、图像采集器2、台式电脑3和LED灯组4与图1所示实施例相似，在此不做赘述。

在一些实施例中，控制设备还可以具体用于向LED控制电路发送光源控制信号，LED控制电路5可以用于根据光源控制信号控制LED灯组。

可选地，LED控制电路5可以精确控制整个LED灯组4中任一位置的一个或多个LED的开/关和功率，进而可以根据光源控制信号精确地控制可开启LED所处的区域、可开启LED的数量和可开启LED的功率，从而在满足植物不同生长阶段的光照需求前提下达到节省能源的目的。

综上所述，本公开实施例的光环境调控***，可以通过采集设备获取植物周围的光环境信息和植物不同生长阶段的植物生物量、植物冠层形状、植物冠层面积和植物冠层位置，并且以此为依据计算可开启LED所处的区域、可开启LED的数量和可开启LED的功率，进而根据可开启LED所处的区域、可开启LED的数量和可开启LED的功率对LED灯组进行精确控制，使得在光照满足植物各生长阶段照明需求的前提下，动态调整LED灯组的功率，消除相邻植物间光源的浪费，同时合理控制光照时间，从而有效提高光源利用率，实现达到节省能源的目的。

以上为对本公开实施例所提供的的光环境调控***的说明，下面将对本公开实施例所提供的的光环境调控方法进行说明。

图3示出了本公开一个实施例提供的光环境调控方法的流程示意图。

在本公开一些实施例中，图3所示的方法可以由植物工厂的光环境调控***中的控制设备执行，例如，该控制设备可以为图1和图2中的台式电脑3。

如图3所示，该光环境调控方法可以包括如下步骤。

S310、接收光环境调控***中的采集设备发送的植物冠层图像和光环境信息。

在一些实施例中，采集设备可以在植物的不同生长阶段内，每隔预定时间间隔采集植物冠层图像和光环境信息。

在另一些实施例中，采集设备可以包括图1和图2中的环境光传感器1和图像采集器2，环境光传感器1可以采集光环境信息，例如环境光照强度，图像采集器2可以采集植物冠层图像。

进一步地，采集设备在采集植物冠层图像和光环境信息之后，可以实时地向控制设备发送植物冠层图像和光环境信息，以使控制设备可以实时地接收采集设备发送的植物冠层图像和光环境信息。

S320、对植物冠层图像进行图像识别，得到植物工厂内的植物冠层信息。

在本公开实施例中，可以利用图像处理软件和预先训练的模型，对植物冠层图像进行图像识别，得到植物工厂内的植物冠层信息。

在一些实施例中，在植物冠层图像为正射图像的情况下，控制设备可以首先利用图像处理软件提取植物冠层形状、植物冠层面积和植物冠层位置，然后，将植物冠层形状和植物冠层面积输入预先训练得到的树高预测模型，得到树高预测值，接着，将植物冠层形状、植物冠层面积和树高预测值输入预先训练得到的植物生物量预测模型，得到植物生物量值。

在一些示例中，树高预测模型可以根据树高训练样本训练得到，树高训练样本可以包括多组树冠样本和每组树冠样本对应的树高标定值，每组树冠样本可以包括冠层形状样本和冠层面积样本。

在一些示例中，植物生物量预测模型可以根据树高训练样本训练得到，生物量训练样本可以包括多组植物样本和每组植物样本对应的植物生物量标定值，每组植物样本可以包括冠层形状样本、冠层面积样本和树高样本。

在另一些实施例中，在植物冠层图像为侧射图像的情况下，控制设备可以首先利用图像处理软件提取植物树高并且还原植物冠层形状，然后，将植物树高和植物冠层形状输入预先训练得到的植物冠层面积预测模型，得到植物冠层面积预测值，接着，将植物冠层形状、植物冠层面积预测值和植物树高输入预先训练得到的植物生物量预测模型，得到植物生物量值。

在一些示例中，植物冠层面积预测模型可以根据冠层训练样本训练得到，冠层训练样本可以包括多组树高样本和每组树高样本对应的植物冠层面积标定值，每组树高样本可以包括冠层形状样本和树高样本。

需要说明的是，植物生物量预测模型的训练方法已在上文说明，在此不做赘述。

可选地，植物冠层位置可以为植物冠层中心点在植物种植区域内的位置。

S330、根据植物冠层信息和光环境信息，生成光源控制信号。

在一些实施例中，控制设备可以根据植物冠层信息，确定光照设备的发光区域和发光区域的发光面积，并且根据植物冠层信息和光环境信息，确定发光区域的发光强度变化量，进而根据发光区域、发光面积和发光强度变化量，生成光源控制信号。

在一些示例中，植物冠层图像的数量为1个，植物冠层图像内包括一株植物的冠层图像。此时，控制设备内可以预先设置有每株植物在植物种植区域内的位置。控制设备可以根据该植物的植物冠层信息和每株植物在植物种植区域内的位置，预测植物种植区域内的各株植物的植物冠层信息，进而根据每株植物的植物冠层信息和光环境信息，生成光源控制信号。

在另一些示例中，植物冠层图像的数量为1个，植物冠层图像内包括2株以上植物的冠层图像。此时，控制设备内可以预先设置有每株植物在植物种植区域内的位置。控制设备可以根据植物冠层图像，确定植物冠层图像所包含的植物的植物冠层信息，并且计算平均冠层形状和平均冠层面积。控制设备可以根据平均冠层形状、平均冠层面积和每株植物在植物种植区域内的位置，预测植物种植区域内的各株植物的植物冠层信息，进而根据每株植物的植物冠层信息和光环境信息，生成光源控制信号。

在又一些示例中，植物冠层图像的数量为至少2个，植物冠层图像内包括至少1株植物的冠层图像，且全部植物冠层图像覆盖了植物种植区域内的全部植物。此时，控制设备可以根据全部的植物冠层图像，确定植物种植区域内的各株植物的植物冠层信息，进而根据每株植物的植物冠层信息和光环境信息，生成光源控制信号。

在确定了各株植物对应的发光区域和发光面积之后，可以确定发光区域的发光强度变化量。

在光照设备包括多个LED的情况下，针对每株植物对应的多个LED，S330可以具体包括：

根据发光区域和发光面积，确定多个LED中的可开启LED；

根据发光强度变化量，确定可开启LED的功率变化量；

根据可开启LED和可开启LED的功率变化量，生成光源控制信号。

具体地，控制设备可以将位置位于发光区域内的LED作为可开启LED，然后，根据发光强度变化量与功率的对应关系，确定可开启LED的功率，接着，确定可开启LED中未处于开启状态的待开启LED和可开启LED以外的其他LED中处于开启状态的待关闭LED，并生成待开启LED对应的开启指令、待关闭LED对应的关闭指令和功率变化量对应的功率调节指令，最后，根据待开启LED对应的开启指令、待关闭LED对应的关闭指令和功率变化量对应的功率调节指令，生成光源控制信号。

S340、向光环境调控***中的光照设备发送光源控制信号；其中，光源控制信号用于调节光照设备的发光参数。

在一些实施例中，在光照设备包括LED控制电路和多个LED的情况下，控制设备可以向LED控制电路发送光源控制信号，以使LED控制电路可以根据待开启LED对应的开启指令开启待开启LED，根据待关闭LED对应的关闭指令关闭待关闭LED，并且根据功率差值对应的功率调节指令调节可开启LED的功率，进而改变光照设备的发光参数中的发光区域、发光面积和发光强度变化量。

因此，在本公开实施例中，控制设备能够对植物工厂的植物冠层图像进行图像识别，得到植物工厂内的植物冠层信息，并且根据植物冠层信息和光环境信息，生成光源控制信号，以向光环境调控***中的光照设备发送用于调节光照设备的发光参数的光源控制信号，由于植物冠层信息能够表征植物工厂内的植物的生长状态、光环境信息能够表征植物工厂内的光环境的环境状态，进而可以根据植物的生长状态和光环境的环境状态实时地生成光源控制信号，进而实时地利用光源控制性调节光照设备的发光参数，从而可以根据需要调整光照设备的能耗，进而降低植物工厂的生成成本。

图4示出了本公开另一个实施例提供的光环境调控方法的流程示意图。

在本公开一些实施例中，图4所示的方法可以由植物工厂的光环境调控***中的控制设备执行，例如，该控制设备可以为图1和图2中的台式电脑3。

如图4所示，该光环境调控方法可以包括如下步骤。

S310、接收光环境调控***中的采集设备发送的植物冠层图像和光环境信息。

S320、对植物冠层图像进行图像识别，得到植物工厂内的植物冠层信息。

其中，S310和S320与图3所示实施例相似，在此不做赘述。

在一些实施例中，植物冠层信息可以包括植物生物量、植物冠层形状、植物冠层面积和植物冠层位置。

在另一些实施例中，植物冠层信息可以包括植物冠层形状、植物冠层面积和植物冠层位置。

S332、根据植物冠层形状、植物冠层面积和植物冠层位置，确定光照设备的发光区域和发光区域的发光面积。

在一些实施例中，针对每株植物，控制设备能够根据植物冠层位置，确定该植物冠层位置对应的光照设备的发光位置，然后将该发光位置作为发光区域的中心点，进而根据植物冠层形状和植物冠层面积，确定发光区域的形状和发光区域的发光面积。

在一些实施例中，针对每株植物，发光区域的形状为可以包围植物冠层形状的形状，发光区域的发光面积大于或等于植物冠层面积，以使人工光源能够完全覆盖植物冠层。

S334、根据植物生物量和光环境信息，确定发光区域的发光强度变化量。

在一些实施例中，在植物冠层信息包括植物生物量的情况下，针对每株植物，控制设备能够预先设置植物生物量与环境光强度参考值之间的对应关系，然后基于该对应关系，查找所计算的植物生物量对应的环境光强度参考值，并根据当前采集的环境光强度与查找到的环境光强度参考值进行比较，得到环境光强度差值，该环境光强度差值即为发光区域的发光强度变化量。

在另一些实施例中，在植物冠层信息不包括植物生物量的情况下，针对每株植物，控制设备能够预先设置的植物生长阶段与环境光强度参考值之间的对应关系，然后基于该对应关系，查找当前植物生长阶段对应的环境光强度参考值，并根据当前采集的环境光强度与查找到的环境光强度参考值进行比较，得到环境光强度差值，该环境光强度差值即为发光区域的发光强度变化量。

S336、根据发光区域、发光面积和发光强度变化量，生成光源控制信号。

其中，在光照设备包括多个LED的情况下，S336与图3所示的S330相似，在此不做赘述。

S340、向光环境调控***中的光照设备发送光源控制信号。

需要说明的是，S340与图3所示实施例相似的部分，在此不做赘述。

其中，光源控制信号用于调节光照设备的发光参数，发光参数包括发光区域、发光面积和发光强度变化量。

具体地，可开启LED所处的位置所形成的区域，即为发光区域，可开启LED所处的位置所形成的区域的面积，即为发光面积，因此，可以根据待开启LED对应的开启指令和待关闭LED对应的关闭指令，调节发光区域和发光面积，根据功率差值对应的功率调节指令调节发光强度变化量。

由此，在本公开实施例中，控制设备能够对植物工厂的植物冠层图像进行图像识别，得到植物工厂内的植物冠层信息，并且可以准确、高效地根据植物冠层信息和光环境信息，生成光源控制信号，以向光环境调控***中的光照设备发送用于调节光照设备的发光参数的光源控制信号，由于植物冠层信息能够表征植物工厂内的植物的生长状态、光环境信息能够表征植物工厂内的光环境的环境状态，进而可以根据植物的生长状态和光环境的环境状态实时地生成光源控制信号，进而实时地利用光源控制性调节光照设备的发光参数，从而可以根据需要调整光照设备的能耗，进而降低植物工厂的生成成本。

在本公开另一种实施方式中，为了向植物提供更好的生长环境，光环境信息还可以包括多个色光的光照强度；

相应地，S334可以具体包括：

根据植物生物量和多个色光的光照强度，确定发光区域的各个色光的发光强度变化量。

具体地，环境光传感器可以采集环境中的多个色光的光照强度，光照设备的LED可以具有多个颜色的色光，LED所发出的色光与环境光传感器所采集的色光的颜色一一对应。

针对每株植物，控制设备可以将环境光传感器所采集的每个色光的光照强度分别与该色光对应的环境光强度参考值进行比较，得到每个色光对应的环境光强度差值，并将每个色光对应的环境光强度差值作为该色光对应的发光强度变化量。

需要说明的是，确定每个色光对应的环境光强度参考值的方法与上述的确定环境光强度参考值的方法相似，在此不做赘述。

进一步地，控制设备可以将位置位于发光区域内的LED作为可开启LED，然后，根据每个色光的发光强度变化量与功率的对应关系和该发光区域内的该色光的LED的数量，确定该色光对应的可开启LED的功率，接着，确定可开启LED中未处于开启状态的待开启LED和可开启LED以外的其他LED中处于开启状态的待关闭LED，并生成待开启LED对应的开启指令、待关闭LED对应的关闭指令和每个色光的LED对应的功率变化量对应的功率调节指令，最后，根据待开启LED对应的开启指令、待关闭LED对应的关闭指令和每个色光的LED对应的功率变化量对应的功率调节指令，生成光源控制信号。在一些实施例中，在光照设备包括LED控制电路和多个LED的情况下，控制设备可以向LED控制电路发送光源控制信号，以使LED控制电路可以根据待开启LED对应的开启指令开启待开启LED，根据待关闭LED对应的关闭指令关闭待关闭LED，并且每个色光的LED对应的功率变化量对应的功率调节指令调节可开启LED中的对应色光的LED的功率，进而改变光照设备的发光参数中的发光区域、发光面积和每个色光的发光强度变化量。

在本公开又一种实施方式中，为了进一步向植物提供更好的生长环境，在S336之前，该光环境调控方法还可以包括：

获取光环境调控***的***时间和预设的发光时间段；

在***时间处于发光时间段内的情况下，确光照设备处于可发光状态；

向光照设备发送设备开启信号。

控制设备可以预先设置有光照设备的发光时间段，该发光时间段可以根据植物光合作用规律和呼吸作用规律确定，例如，发光时间段可以包括0-8时、10-18时和20-23时，非法光时间段可以包括8-10时、18-20时和23-24时。

具体地，控制设备可以获取光环境调控***的***时间和预设的发光时间段，***时间可以为接收植物冠层图像和光环境信息的时间，然后，判断***时间是否处于任一个发光时间段内，若***时间处于任一个发光时间段中，则可以确光照设备处于可发光状态，进而可以向光照设备发送设备开启信号，并根据发光区域、发光面积和发光强度变化量，生成光源控制信号，以根据光源控制信号控制光照设备发光。

由此，在本公开实施例中，可以结合植物光合作用规律和呼吸作用规律控制光照设备的发光时间段，进而在保证植物的生长环境的情况下，进一步降低植物工厂的生产成本。

在一些实施例中，在获取光环境调控***的***时间和预设的发光时间段之后，该光环境调控方法还可以包括：

在***时间未处于发光时间段内的情况下，确定光照设备处于不可发光状态；

向光照设备发送设备关闭信号。

具体地，在控制设备判断***时间是否处于任一个发光时间段内之后，若***时间未处于任一个发光时间段中，则可以确光照设备处于不可发光状态，进而可以向光照设备发送设备关闭信号，使光照设备处于灭光状态，并且无需继续根据发光区域、发光面积和发光强度变化量，生成光源控制信号。

由此，在本公开实施例中，可以结合植物光合作用规律和呼吸作用规律控制光照设备的发光时间段，保证植物的光合作用和呼吸作用时间，在判断光照设备无需发光后，无需进行其他数据处理，进而减少控制设备的数据处理量，降低控制设备的能耗，进一步降低植物工厂的生产成本。

图5示出了本公开一个实施例提供的控制设备的硬件结构示意图。

如图5所示，该控制设备可以包括处理器501以及存储有计算机程序指令的存储器502。

具体地，上述处理器501可以包括中央处理器(CPU)，或者特定集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，ASIC)，或者可以被配置成实施本申请实施例的一个或多个集成电路。

存储器502可以包括用于信息或指令的大容量存储器。举例来说而非限制，存储器502可以包括硬盘驱动器(Hard Disk Drive，HDD)、软盘驱动器、闪存、光盘、磁光盘、磁带或通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)驱动器或者两个及其以上这些的组合。在合适的情况下，存储器502可包括可移除或不可移除(或固定)的介质。在合适的情况下，存储器502可在综合网关设备的内部或外部。在特定实施例中，存储器502是非易失性固态存储器。在特定实施例中，存储器502包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)。在合适的情况下，该ROM可以是掩模编程的ROM、可编程ROM(Programmable ROM，PROM)、可擦除PROM(Electrical Programmable ROM，EPROM)、电可擦除PROM(Electrically ErasableProgrammable ROM，EEPROM)、电可改写ROM(Electrically Alterable ROM，EAROM)或闪存，或者两个或及其以上这些的组合。

处理器501通过读取并执行存储器502中存储的计算机程序指令，以执行本公开实施例所提供的光环境调控方法的步骤。

在一个示例中，该控制设备还可包括收发器503和总线504。其中，如图5所示，处理器501、存储器502和收发器503通过总线504连接并完成相互间的通信。

总线504包括硬件、软件或两者。举例来说而非限制，总线可包括加速图形端口(Accelerated Graphics Port，AGP)或其他图形总线、增强工业标准架构(ExtendedIndustry Standard Architecture，EISA)总线、前端总线(Front Side BUS，FSB)、超传输(Hyper Transport，HT)互连、工业标准架构(Industrial Standard Architecture，ISA)总线、无限带宽互连、低引脚数(Low Pin Count，LPC)总线、存储器总线、微信道架构(MicroChannel Architecture，MCA)总线、***控件互连(Peripheral Component Interconnect，PCI)总线、PCI-Express(PCI-X)总线、串行高级技术附件(Serial Advanced TechnologyAttachment，SATA)总线、视频电子标准协会局部(Video Electronics StandardsAssociation Local Bus，VLB)总线或其他合适的总线或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，总线504可包括一个或多个总线。尽管本申请实施例描述和示出了特定的总线，但本申请考虑任何合适的总线或互连。

本公开实施例还提供了一种包括指令的存储介质，例如包括指令的存储器502，上述指令可由控制设备的处理器502执行以完成本公开实施例所提供的光环境调控方法。可选地，存储介质可以是非临时性计算机可读存储介质，例如，非临时性计算机可读存储介质可以是ROM、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、光盘只读存储器(CompactDiscROM，CD-ROM)、磁带、软盘和光数据存储设备等。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (12)

1.一种光环境调控方法，应用于植物工厂的光环境调控***中的控制设备，其中，所述方法包括：

接收所述光环境调控***中的采集设备发送的植物冠层图像和光环境信息；

对所述植物冠层图像进行图像识别，得到所述植物工厂内的植物冠层信息；

根据所述植物冠层信息和所述光环境信息，生成光源控制信号；

向所述光环境调控***中的光照设备发送所述光源控制信号；其中，所述光源控制信号用于调节所述光照设备的发光参数。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述植物冠层信息包括植物生物量、植物冠层形状、植物冠层面积和植物冠层位置；

其中，所述根据所述植物冠层信息和所述光环境信息，生成光源控制信号，包括：

根据所述植物冠层形状、所述植物冠层面积和所述植物冠层位置，确定所述光照设备的发光区域和所述发光区域的发光面积；

根据所述植物生物量和所述光环境信息，确定所述发光区域的发光强度变化量；

根据所述发光区域、所述发光面积和所述发光强度变化量，生成所述光源控制信号；

其中，所述发光参数包括所述发光区域、所述发光面积和所述发光强度变化量。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述根据所述发光区域、所述发光面积和所述发光强度变化量，生成所述光源控制信号之前，所述方法还包括：

获取所述光环境调控***的***时间和预设的发光时间段；

在所述***时间处于所述发光时间段内的情况下，确定所述光照设备处于可发光状态；

向所述光照设备发送设备开启信号。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，所述光照设备包括多个LED；

其中，所述根据所述发光区域、所述发光面积和所述发光强度变化量，生成所述光源控制信号，包括：

根据所述发光区域和所述发光面积，确定所述多个LED中的可开启LED；

根据所述发光强度变化量，确定所述可开启LED的功率变化量；

根据所述可开启LED和所述可开启LED的功率变化量，生成所述光源控制信号。

5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述获取所述光环境调控***的***时间和预设的发光时间段之后，所述方法还包括：

在所述***时间未处于所述发光时间段内的情况下，确定所述光照设备处于不可发光状态；

向所述光照设备发送设备关闭信号。

6.根据权利要求2所述的方法，其中，所述光环境信息包括多个色光的光照强度；

其中，所述根据所述植物生物量和所述光环境信息，确定所述发光区域的发光强度变化量，包括：

根据所述植物生物量和所述多个色光的光照强度，确定所述发光区域的各个色光的发光强度变化量。

7.一种光环境调控***，应用于植物工厂，所述***包括：

光照设备，用于发出人工光源；

采集设备，用于采集植物冠层图像和光环境信息；

控制设备，与所述光照设备和所述采集设备通信连接；

其中，所述控制设备用于接收所述采集设备发送的植物冠层图像和光环境信息；对所述植物冠层图像进行图像识别，得到所述植物工厂内的植物冠层信息；根据所述植物冠层信息和所述光环境信息，生成光源控制信号；向所述光环境调控***中的光照设备发送所述光源控制信号；其中，所述光源控制信号用于调节所述光照设备的发光参数。

8.根据权利要求7所述的***，其中，所述采集设备包括：

图像采集器，所述图像采集器的图像采集区域为所述植物工厂的植物种植区域，所述图像采集器用于采集所述植物种植区域内的所述植物冠层图像；

环境光传感器，所述环境光传感器设置于所述植物种植区域内，所述环境光传感器用于采集所述植物种植区域内的所述光环境信息。

9.根据权利要求7所述的***，其中，所述光照设备包括多个LED，所述光源控制信号根据所述多个LED中的可开启LED和所述可开启LED的功率变化量生成，所述多个LED中的可开启LED根据所述光照设备的发光区域和所述发光区域的发光面积确定，所述可开启LED的功率变化量根据所述发光区域的发光强度变化量确定，所述植物冠层信息包括植物生物量、植物冠层形状、植物冠层面积和植物冠层位置，所述发光区域和所述发光面积根据所述植物冠层形状、所述植物冠层面积和所述植物冠层位置确定，所述发光强度变化量根据所述植物生物量和所述光环境信息确定。

10.根据权利要求7所述的***，其中，所述光照设备包括LED控制电路和LED灯组，所述LED控制电路与所述LED灯组电连接且与所述控制设备通信连接；

其中，所述控制设备具体用于向所述LED控制电路发送所述光源控制信号；所述LED控制电路用于根据所述光源控制信号控制所述LED灯组。

11.一种控制设备，包括：

处理器；

用于存储所述处理器可执行指令的存储器；

其中，所述处理器被配置为执行所述指令，以实现如权利要求1至6中任一项所述的光环境调控方法。

12.一种存储介质，当所述存储介质中的指令由控制设备的处理器执行时，使得控制设备能够执行如权利要求1至6中任一项所述的光环境调控方法。

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