專利名稱：一種自動(dòng)提取棉苗的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，尤指一種田間棉苗信息自動(dòng)識(shí)別的方法及其裝置。
背景技術(shù)：
我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不合理使用農(nóng)藥的現(xiàn)象普遍，已經(jīng)導(dǎo)致了嚴(yán)重的農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境污染，危害十分嚴(yán)重。一是防治次數(shù)多，農(nóng)藥使用過量，棉花生產(chǎn)中超過了 50% ；二是農(nóng)藥的有效利用率低，大田作物上只有20 30%，遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家50%的平均水平。因此，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)變量噴灑技術(shù)成為研究熱點(diǎn)。要實(shí)現(xiàn)變量噴藥，首要解決田間作物的病蟲草害的自動(dòng)識(shí)別，而作物植株的自動(dòng)提取問題則是病蟲草害自動(dòng)識(shí)別的關(guān)鍵問題。田間作物苗情的識(shí)別方法有人工監(jiān)測(cè)、遙感監(jiān)測(cè)和近地圖像監(jiān)測(cè)三種途徑。1)人工監(jiān)測(cè)是在噴藥作業(yè)之前，運(yùn)用GPS或其它定位系統(tǒng)，人工自動(dòng)記錄所看到的田間作物發(fā)生病蟲草害的位置，然后繪制成分布圖，這種方法存在效率低下、勞動(dòng)強(qiáng)度大、完全依賴人工經(jīng)驗(yàn)，在大面積苗情觀測(cè)上，人工監(jiān)測(cè)顯得無能為力。2)遙感監(jiān)測(cè)雖克服了人工監(jiān)測(cè)的諸多弊端，但是，由于遙感圖像的空間和光譜分辨率較低，主要用于識(shí)別一定生長(zhǎng)期內(nèi)大面積發(fā)生的幾種病蟲草害，致使識(shí)別率較低且定位精度低。3)近地圖像監(jiān)測(cè)方法是利用機(jī)器視覺技術(shù)在距地面較近的條件下，捕獲、處理和分析田間圖像中所包含的作物、病蟲草以及背景的信息，并自動(dòng)識(shí)別出苗情，該方法能達(dá)到較高的識(shí)別率。棉苗的近地圖像監(jiān)測(cè)，通常是利用棉苗具有紅色的莖的特征進(jìn)行棉苗提取， 由于地膜覆蓋、棉葉擴(kuò)展遮擋棉苗蓬，以及土壤與棉苗莖的顏色相近等問題，用顏色自動(dòng)提取棉苗的方法的識(shí)別率較低，該方法棉苗自動(dòng)識(shí)別率通常低于80%。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一目的在于提供一種自動(dòng)提取棉苗的方法及其裝置，用于實(shí)現(xiàn)識(shí)別率高的快速、自動(dòng)提取棉苗。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種自動(dòng)提取棉苗的方法，其特征在于，包括步驟一，對(duì)棉苗田間彩色圖像利用綠色植物和土壤顏色特征進(jìn)行背景分割；步驟二，對(duì)背景分割后得到的綠色植物，利用棉苗行距的位置特征進(jìn)行棉苗帶定位；步驟三，對(duì)所定位的棉苗帶，利用棉苗株距的位置特征進(jìn)行單株棉苗定位及株數(shù)計(jì)數(shù)；步驟四，根據(jù)棉苗株數(shù)利用棉苗和雜草的形狀特征進(jìn)行單株棉苗的提取，得到田間棉苗圖像。所述的自動(dòng)提取棉苗的方法，其中，所述步驟一中，進(jìn)一步包括將所述棉苗田間彩色圖像，根據(jù)超綠顏色閾值指標(biāo)轉(zhuǎn)換為Sbit的灰度圖像；
將所述Sbit的灰度圖像轉(zhuǎn)換為二值圖像，綠色植物為白色的前景，土壤為黑色的
曲旦冃足°所述的自動(dòng)提取棉苗的方法，其中，所述步驟二中，進(jìn)一步包括基于所述二值圖像，根據(jù)棉苗行距基本恒定的位置特征，通過所述綠色植物的垂直投影得到所述綠色植物的垂直方向像素直方圖，根據(jù)所述垂直方向像素直方圖確定所述棉苗帶的中心位置及其上下邊界，并濾除上下邊界外的雜草區(qū)域。所述的自動(dòng)提取棉苗的方法，其中，所述步驟二中，進(jìn)一步包括根據(jù)所述垂直方向像素直方圖的最大值，確定所述棉苗帶的中心位置；根據(jù)所述垂直方向像素直方圖的最小值，確定所述棉苗帶的邊界分割閾值；根據(jù)所述棉苗帶的邊界分割閾值，由所述棉苗帶的中心位置開始分別向上下兩邊，搜索所述棉苗帶的上下邊界；濾除所述棉苗帶的上下邊界外的雜草區(qū)域，把這些雜草區(qū)域置為黑色的背景。所述的自動(dòng)提取棉苗的方法，其中，所述步驟二中，進(jìn)一步包括根據(jù)所述棉苗帶的上下邊界與中心位置的距離，修正上下邊界。所述的自動(dòng)提取棉苗的方法，其中，所述步驟三中，進(jìn)一步包括基于所述二值圖像，根據(jù)棉苗株距基本恒定的位置特征，通過所述棉苗帶的水平投影，得到所述棉苗帶的水平方向像素直方圖，根據(jù)所述水平方向像素直方圖計(jì)算棉苗的株數(shù)，確定各單株棉苗的左右邊界，并濾除左右邊界外的雜草區(qū)域。所述的自動(dòng)提取棉苗的方法，其中，所述步驟三中，進(jìn)一步包括根據(jù)所述水平方向像素直方圖的最大值，確定上部株數(shù)閾值；根據(jù)所述水平方向像素直方圖的最小值，確定下部株數(shù)閾值；求取所述上部株數(shù)閾值線與所述水平方向像素直方圖曲線的第一左右交點(diǎn)；求取所述下部株數(shù)閾值線與所述水平方向像素直方圖曲線的第二左右交點(diǎn)；由所述第一左右交點(diǎn)及所述第二左右交點(diǎn)，計(jì)數(shù)所述二值圖像中棉苗的株數(shù)和各單株棉苗的左右邊界；濾除各棉苗植株左右邊界外的雜草區(qū)域，把這些雜草區(qū)域置為黑色的背景。所述的自動(dòng)提取棉苗的方法，其中，所述步驟三中，進(jìn)一步包括根據(jù)各單株棉苗的寬度，修正棉苗的株數(shù)。所述的自動(dòng)提取棉苗的方法，其中，所述步驟四中，進(jìn)一步包括根據(jù)棉苗植株面積遠(yuǎn)大于雜草植株面積的形狀特征，獲得各棉苗和雜草區(qū)域的面積大小，擦除面積遠(yuǎn)小于棉苗的雜草區(qū)域，得到所述田間棉苗圖像。所述的自動(dòng)提取棉苗的方法，其中，所述步驟四中，進(jìn)一步包括運(yùn)用快速區(qū)域標(biāo)記法標(biāo)記各棉苗和雜草區(qū)域，并計(jì)算各區(qū)域的面積；對(duì)各棉苗和雜草區(qū)域的面積從大到小進(jìn)行排序；從排序后的面積序列中，去掉與所述棉苗株數(shù)相同的棉苗面積后，求取剩余的各區(qū)域面積的均值，并將該均值作為粒子擦除算法的面積閾值；根據(jù)所述面積閾值，擦除面積小于所述面積閾值的雜草區(qū)域，把這些區(qū)域置為黑色的背景，得到所述田間棉苗圖像。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種自動(dòng)提取棉苗的裝置，其特征在于，包括
背景分割模塊，用于對(duì)棉苗田間彩色圖像利用綠色植物和土壤顏色特征進(jìn)行背景分割；棉苗帶定位模塊，連接所述背景分割模塊，用于對(duì)背景分割后得到的綠色植物，利用棉苗行距的位置特征進(jìn)行棉苗帶定位；單株棉苗定位及株數(shù)計(jì)數(shù)模塊，連接所述棉苗帶定位模塊，用于對(duì)所定位的棉苗帶，利用棉苗株距的位置特征進(jìn)行單株棉苗定位及株數(shù)計(jì)數(shù)；田間棉苗圖像獲取模塊，連接所述單株棉苗定位及株數(shù)計(jì)數(shù)模塊，用于根據(jù)棉苗株數(shù)利用棉苗和雜草的形狀特征進(jìn)行單株棉苗的提取，得到田間棉苗圖像。所述的自動(dòng)提取棉苗的裝置，其中，所述背景分割模塊包括灰度轉(zhuǎn)換模塊，用于將所述棉苗田間彩色圖像，根據(jù)超綠顏色閾值指標(biāo)轉(zhuǎn)換為 Sbit的灰度圖像；二值轉(zhuǎn)換模塊，連接所述灰度轉(zhuǎn)換模塊，用于將所述Sbit的灰度圖像轉(zhuǎn)換為二值圖像，綠色植物為白色的前景，土壤為黑色的背景。所述的自動(dòng)提取棉苗的裝置，其中，所述棉苗帶定位模塊包括綠色植物垂直投影模塊，用于基于所述二值圖像，根據(jù)棉苗行距基本恒定的位置特征，通過所述綠色植物的垂直投影得到所述綠色植物的垂直方向像素直方圖；中心位置確定模塊，連接所述綠色植物垂直投影模塊，用于根據(jù)所述垂直方向像素直方圖的最大值，確定所述棉苗帶的中心位置；邊界分割閾值確定模塊，連接所述綠色植物垂直投影模塊，用于根據(jù)所述垂直方向像素直方圖的最小值，確定所述棉苗帶的邊界分割閾值；棉苗帶上下邊界確定模塊，連接所述中心位置確定模塊、所述邊界分割閾值確定模塊，用于根據(jù)所述棉苗帶的邊界分割閾值，由所述棉苗帶的中心位置開始分別向上下兩邊，搜索所述棉苗帶的上下邊界；第一雜草區(qū)域?yàn)V除模塊，連接所述棉苗帶上下邊界確定模塊，用于濾除所述棉苗帶的上下邊界外的雜草區(qū)域，把這些雜草區(qū)域置為黑色的背景。所述的自動(dòng)提取棉苗的裝置，其中，所述棉苗帶定位模塊還包括上下邊界修正模塊，連接所述中心位置確定模塊、所述棉苗帶上下邊界確定模塊， 用于根據(jù)所述棉苗帶的上下邊界與中心位置的距離，修正上下邊界。所述的自動(dòng)提取棉苗的裝置，其中，所述單株棉苗定位及株數(shù)計(jì)數(shù)模塊包括棉苗帶水平投影模塊，用于基于所述二值圖像，根據(jù)棉苗株距基本恒定的位置特征，通過所述棉苗帶的水平投影，得到所述棉苗帶的水平方向像素直方圖；上部株數(shù)閾值確定模塊，連接所述棉苗帶水平投影模塊，用于根據(jù)所述水平方向像素直方圖的最大值，確定上部株數(shù)閾值；下部株數(shù)閾值確定模塊，連接所述棉苗帶水平投影模塊，用于根據(jù)所述水平方向像素直方圖的最小值，確定下部株數(shù)閾值；第一左右交點(diǎn)求取模塊，連接所述棉苗帶水平投影模塊、所述上部株數(shù)閾值確定模塊，用于求取所述上部株數(shù)閾值線與所述水平方向像素直方圖曲線的第一左右交點(diǎn)；第二左右交點(diǎn)求取模塊，連接所述棉苗帶水平投影模塊、所述下部株數(shù)閾值確定模塊，用于求取所述下部株數(shù)閾值線與所述水平方向像素直方圖曲線的第二左右交點(diǎn)；
8
棉苗株數(shù)和左右邊界確定模塊，連接所述第一左右交點(diǎn)求取模塊、所述第二左右交點(diǎn)求取模塊，用于由所述第一左右交點(diǎn)及所述第二左右交點(diǎn)，計(jì)數(shù)所述二值圖像中棉苗的株數(shù)和各單株棉苗的左右邊界；第二雜草區(qū)域?yàn)V除模塊，連接所述棉苗株數(shù)和左右邊界確定模塊，用于濾除各棉苗植株左右邊界外的雜草區(qū)域，把這些雜草區(qū)域置為黑色的背景。所述的自動(dòng)提取棉苗的裝置，其中，所述單株棉苗定位及株數(shù)計(jì)數(shù)模塊還包括棉苗株數(shù)修正模塊，連接所述棉苗株數(shù)和左右邊界確定模塊，用于根據(jù)各單株棉苗的寬度，修正棉苗的株數(shù)。所述的自動(dòng)提取棉苗的裝置，其中，所述田間棉苗圖像獲取模塊包括棉苗和雜草區(qū)域獲取模塊，用于運(yùn)用快速區(qū)域標(biāo)記法標(biāo)記各棉苗和雜草區(qū)域，并計(jì)算各區(qū)域的面積；棉苗和雜草區(qū)域排序模塊，連接所述棉苗和雜草區(qū)域獲取模塊，用于對(duì)各棉苗和雜草區(qū)域的面積從大到小進(jìn)行排序；面積閾值獲取模塊，連接所述棉苗和雜草區(qū)域排序模塊，用于從排序后的面積序列中，去掉與所述棉苗株數(shù)相同的棉苗面積后，求取剩余的各區(qū)域面積的均值，并將該均值作為粒子擦除算法的面積閾值；第三雜草區(qū)域?yàn)V除模塊，連接所述棉苗和雜草區(qū)域獲取模塊、所述面積閾值獲取模塊，用于根據(jù)所述面積閾值，擦除面積小于所述面積閾值的雜草區(qū)域，把這些雜草區(qū)域置為黑色的背景，得到所述田間棉苗圖像。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益技術(shù)效果在于本發(fā)明由于采用了棉苗的位置和形狀特征與計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)相結(jié)合，因此， 具有高識(shí)別率，且能夠快速、自動(dòng)提取棉田間的棉苗植株，并計(jì)數(shù)棉苗株數(shù)，從而對(duì)后續(xù)的棉苗的病蟲草害分析提供條件，實(shí)施變量噴藥，以解決農(nóng)藥過量使用的問題，降低農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境污染，促進(jìn)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型的可持續(xù)農(nóng)業(yè)的建設(shè)。


圖1是本發(fā)明的自動(dòng)提取棉苗的方法流程圖；圖2是本發(fā)明棉苗帶的自動(dòng)定位方法的流程圖；圖3是本發(fā)明單株棉苗定位及株數(shù)計(jì)數(shù)方法的流程圖；圖4是本發(fā)明的自動(dòng)提取棉苗的裝置結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式有關(guān)本發(fā)明的詳細(xì)說明及技術(shù)內(nèi)容，配合

如下。如圖1所示，是本發(fā)明的自動(dòng)提取棉苗的方法流程圖。該方法利用計(jì)算機(jī)編程實(shí)現(xiàn)圖像處理和分析，對(duì)用數(shù)碼相機(jī)采集的棉花田間棉苗圖像，根據(jù)點(diǎn)播棉苗的位置和形狀特征，提取棉苗植株及其株數(shù)，本發(fā)明采取以下步驟提取棉苗步驟101，對(duì)棉苗田間原始彩色圖像進(jìn)行超綠法灰度化處理，得到灰度圖像；步驟102，對(duì)灰度圖像運(yùn)用Otsu法二值化處理，得到二值圖像；步驟103，基于二值圖像，采用垂直投影法定位棉苗帶；
步驟104，對(duì)所定位的棉苗帶，采用水平投影法確定棉苗株數(shù)；步驟105，采用粒子擦除法定位單株棉苗。進(jìn)一步地，步驟101、步驟102，是利用綠色植物和土壤顏色特征進(jìn)行背景分割，根據(jù)“超綠法”，采用顏色閾值指標(biāo)分割棉苗和雜草等綠色植物和土壤背景，即先對(duì)點(diǎn)播棉苗田間Mbit RGB原始彩色圖像，根據(jù)超綠顏色閾值指標(biāo) Extra-Green = 2G-R-B，轉(zhuǎn)換為8bit的灰度圖像；然后運(yùn)用Otsu法將Sbit的灰度圖像轉(zhuǎn)換為二值圖像，綠色植物為前景-白色(像素值為255)，土壤為背景-黑色(像素值為0)。進(jìn)一步地，步驟103中，是對(duì)背景分割后得到的綠色植物，利用棉苗行距的位置特征進(jìn)行棉苗帶定位，具體是根據(jù)綠色植物的垂直投影獲得的像素直方圖，確定棉苗帶的中心位置及其上下邊界，并濾除邊界外的雜草區(qū)域；具體子步驟如下Bi，統(tǒng)計(jì)垂直方向(沿著作物行方向)二值圖像中綠色植物的像素直方圖，像素直方圖的橫坐標(biāo)為圖像的高度，縱坐標(biāo)為每行中的綠色植物像素?cái)?shù)；B2，根據(jù)垂直方向像素直方圖的最大值，確定棉苗帶的中心位置；B3，根據(jù)垂直方向像素直方圖的最小值，確定棉苗帶的邊界分割閾值；B4，由棉苗帶的中心位置開始，分別向上下兩邊，根據(jù)棉苗帶的邊界分割閾值，搜索棉苗帶的上下邊界；B5，根據(jù)棉苗帶的上下邊界與中心位置的距離，修正上下邊界；B6，濾除棉苗帶上下邊界外的區(qū)域，把這些區(qū)域置為背景(黑色)。進(jìn)一步地，步驟104中，是對(duì)所定位的棉苗帶，利用棉苗株距的位置特征進(jìn)行單株棉苗定位及株數(shù)計(jì)數(shù)；具體是根據(jù)棉苗帶的水平投影獲得的像素直方圖，計(jì)數(shù)圖像中棉苗的株數(shù)，并確定各單株棉苗的左右邊界，并濾除左右邊界外的雜草區(qū)域，具體子步驟如下Cl，統(tǒng)計(jì)水平方向(垂直作物行方向)二值圖像中棉苗帶的像素直方圖，像素直方圖的橫坐標(biāo)為圖像的寬度，縱坐標(biāo)為每列中的植物像素?cái)?shù)；C2，根據(jù)棉苗帶的水平方向像素直方圖的最大值，確定上部株數(shù)閾值；C3，根據(jù)棉苗帶的水平方向像素直方圖的最小值，確定下部株數(shù)閾值；C4，求取上部株數(shù)閾值線與棉苗帶的水平方向像素直方圖曲線的左右交點(diǎn)；C5，求取下部株數(shù)閾值線與棉苗帶的水平方向像素直方圖曲線的左右交點(diǎn)；C6，由確定的上下部左右交點(diǎn)，計(jì)數(shù)圖像中棉苗的株數(shù)和各單株棉苗的左右邊界；C7，濾除各棉苗植株左右邊界外的區(qū)域，把這些區(qū)域置為背景(黑色)；C8，根據(jù)各株棉苗的寬度，修正棉苗株數(shù)。進(jìn)一步地，步驟105中，是利用棉苗和雜草的形狀特征進(jìn)行單株棉苗的提取，得到田間棉苗圖像；具體是根據(jù)棉苗植株面積遠(yuǎn)大于雜草植株面積的形狀特征，通過快速區(qū)域標(biāo)記法獲得各棉苗和雜草區(qū)域的面積大小，擦除面積遠(yuǎn)小于棉苗的雜草區(qū)域，從而得到田間棉苗圖像。具體子步驟如下D1，運(yùn)用快速區(qū)域標(biāo)記法標(biāo)記各棉苗和雜草區(qū)域，并計(jì)算各區(qū)域的面積；D2，運(yùn)用冒泡排序法，對(duì)各棉苗和雜草區(qū)域的面積從大到小進(jìn)行排序；D3，計(jì)算棉苗株數(shù)后的各區(qū)域面積的均值，以此作為粒子擦除算法的面積閾值；其中從排序后的面積序列中，去掉與棉苗株數(shù)相同的棉苗面積后，求取剩余的各區(qū)域面積的均值，該均值作為棉苗株數(shù)后的各區(qū)域面積的均值。D4，根據(jù)面積閾值，濾除面積小于面積閾值的雜草區(qū)域，把這些區(qū)域置為背景(黑色)，得到棉苗植株圖像。如圖2所示，是本發(fā)明棉苗帶的自動(dòng)定位方法的流程圖。該流程描述了棉苗帶的自動(dòng)定位方法，其是先根據(jù)棉苗行距基本恒定的位置特征，通過綠色植物的垂直投影，即沿著作物行的方向統(tǒng)計(jì)植物像素?cái)?shù)，得到植物像素分布的垂直方向直方圖f (y)
W-I“
權(quán)利要求
1.一種自動(dòng)提取棉苗的方法，其特征在于，包括步驟一，對(duì)棉苗田間彩色圖像利用綠色植物和土壤顏色特征進(jìn)行背景分割； 步驟二，對(duì)背景分割后得到的綠色植物，利用棉苗行距的位置特征進(jìn)行棉苗帶定位； 步驟三，對(duì)所定位的棉苗帶，利用棉苗株距的位置特征進(jìn)行單株棉苗定位及株數(shù)計(jì)數(shù)；步驟四，根據(jù)棉苗株數(shù)利用棉苗和雜草的形狀特征進(jìn)行單株棉苗的提取，得到田間棉苗圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)提取棉苗的方法，其特征在于，所述步驟一中，進(jìn)一步包括將所述棉苗田間彩色圖像，根據(jù)超綠顏色閾值指標(biāo)轉(zhuǎn)換為8bit的灰度圖像； 將所述Sbit的灰度圖像轉(zhuǎn)換為二值圖像，綠色植物為白色的前景，土壤為黑色的背旦ο
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自動(dòng)提取棉苗的方法，其特征在于，所述步驟二中，進(jìn)一步包括基于所述二值圖像，根據(jù)棉苗行距基本恒定的位置特征，通過所述綠色植物的垂直投影得到所述綠色植物的垂直方向像素直方圖，根據(jù)所述垂直方向像素直方圖確定所述棉苗帶的中心位置及其上下邊界，并濾除上下邊界外的雜草區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自動(dòng)提取棉苗的方法，其特征在于，所述步驟二中，進(jìn)一步包括根據(jù)所述垂直方向像素直方圖的最大值，確定所述棉苗帶的中心位置； 根據(jù)所述垂直方向像素直方圖的最小值，確定所述棉苗帶的邊界分割閾值； 根據(jù)所述棉苗帶的邊界分割閾值，由所述棉苗帶的中心位置開始分別向上下兩邊，搜索所述棉苗帶的上下邊界；濾除所述棉苗帶的上下邊界外的雜草區(qū)域，把這些雜草區(qū)域置為黑色的背景。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的自動(dòng)提取棉苗的方法，其特征在于，所述步驟二中，進(jìn)一步包括根據(jù)所述棉苗帶的上下邊界與中心位置的距離，修正上下邊界。
6.根據(jù)權(quán)利要求2、3、4或5所述的自動(dòng)提取棉苗的方法，其特征在于，所述步驟三中， 進(jìn)一步包括基于所述二值圖像，根據(jù)棉苗株距基本恒定的位置特征，通過所述棉苗帶的水平投影， 得到所述棉苗帶的水平方向像素直方圖，根據(jù)所述水平方向像素直方圖計(jì)算棉苗的株數(shù)， 確定各單株棉苗的左右邊界，并濾除左右邊界外的雜草區(qū)域。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的自動(dòng)提取棉苗的方法，其特征在于，所述步驟三中，進(jìn)一步包括根據(jù)所述水平方向像素直方圖的最大值，確定上部株數(shù)閾值； 根據(jù)所述水平方向像素直方圖的最小值，確定下部株數(shù)閾值； 求取所述上部株數(shù)閾值線與所述水平方向像素直方圖曲線的第一左右交點(diǎn)； 求取所述下部株數(shù)閾值線與所述水平方向像素直方圖曲線的第二左右交點(diǎn)； 由所述第一左右交點(diǎn)及所述第二左右交點(diǎn)，計(jì)數(shù)所述二值圖像中棉苗的株數(shù)和各單株棉苗的左右邊界；濾除各棉苗植株左右邊界外的雜草區(qū)域，把這些雜草區(qū)域置為黑色的背景。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的自動(dòng)提取棉苗的方法，其特征在于，所述步驟三中，進(jìn)一步包括根據(jù)各單株棉苗的寬度，修正棉苗的株數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求2、3、4、5、7或8所述的自動(dòng)提取棉苗的方法，其特征在于，所述步驟四中，進(jìn)一步包括根據(jù)棉苗植株面積遠(yuǎn)大于雜草植株面積的形狀特征，獲得各棉苗和雜草區(qū)域的面積大小，擦除面積遠(yuǎn)小于棉苗的雜草區(qū)域，得到所述田間棉苗圖像。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的自動(dòng)提取棉苗的方法，其特征在于，所述步驟四中，進(jìn)一步包括運(yùn)用快速區(qū)域標(biāo)記法標(biāo)記各棉苗和雜草區(qū)域，并計(jì)算各區(qū)域的面積； 對(duì)各棉苗和雜草區(qū)域的面積從大到小進(jìn)行排序；從排序后的面積序列中，去掉與所述棉苗株數(shù)相同的棉苗面積后，求取剩余的各區(qū)域面積的均值，并將該均值作為粒子擦除算法的面積閾值；根據(jù)所述面積閾值，擦除面積小于所述面積閾值的雜草區(qū)域，把這些區(qū)域置為黑色的背景，得到所述田間棉苗圖像。
11.一種自動(dòng)提取棉苗的裝置，其特征在于，包括背景分割模塊，用于對(duì)棉苗田間彩色圖像利用綠色植物和土壤顏色特征進(jìn)行背景分割；棉苗帶定位模塊，連接所述背景分割模塊，用于對(duì)背景分割后得到的綠色植物，利用棉苗行距的位置特征進(jìn)行棉苗帶定位；單株棉苗定位及株數(shù)計(jì)數(shù)模塊，連接所述棉苗帶定位模塊，用于對(duì)所定位的棉苗帶，利用棉苗株距的位置特征進(jìn)行單株棉苗定位及株數(shù)計(jì)數(shù)；田間棉苗圖像獲取模塊，連接所述單株棉苗定位及株數(shù)計(jì)數(shù)模塊，用于根據(jù)棉苗株數(shù)利用棉苗和雜草的形狀特征進(jìn)行單株棉苗的提取，得到田間棉苗圖像。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的自動(dòng)提取棉苗的裝置，其特征在于，所述背景分割模塊包括灰度轉(zhuǎn)換模塊，用于將所述棉苗田間彩色圖像，根據(jù)超綠顏色閾值指標(biāo)轉(zhuǎn)換為8bit的灰度圖像；二值轉(zhuǎn)換模塊，連接所述灰度轉(zhuǎn)換模塊，用于將所述8bit的灰度圖像轉(zhuǎn)換為二值圖像，綠色植物為白色的前景，土壤為黑色的背景。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的自動(dòng)提取棉苗的裝置，其特征在于，所述棉苗帶定位模塊包括綠色植物垂直投影模塊，用于基于所述二值圖像，根據(jù)棉苗行距基本恒定的位置特征， 通過所述綠色植物的垂直投影得到所述綠色植物的垂直方向像素直方圖；中心位置確定模塊，連接所述綠色植物垂直投影模塊，用于根據(jù)所述垂直方向像素直方圖的最大值，確定所述棉苗帶的中心位置；邊界分割閾值確定模塊，連接所述綠色植物垂直投影模塊，用于根據(jù)所述垂直方向像素直方圖的最小值，確定所述棉苗帶的邊界分割閾值；棉苗帶上下邊界確定模塊，連接所述中心位置確定模塊、所述邊界分割閾值確定模塊， 用于根據(jù)所述棉苗帶的邊界分割閾值，由所述棉苗帶的中心位置開始分別向上下兩邊，搜索所述棉苗帶的上下邊界；第一雜草區(qū)域?yàn)V除模塊，連接所述棉苗帶上下邊界確定模塊，用于濾除所述棉苗帶的上下邊界外的雜草區(qū)域，把這些雜草區(qū)域置為黑色的背景。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的自動(dòng)提取棉苗的裝置，其特征在于，所述棉苗帶定位模塊還包括上下邊界修正模塊，連接所述中心位置確定模塊、所述棉苗帶上下邊界確定模塊，用于根據(jù)所述棉苗帶的上下邊界與中心位置的距離，修正上下邊界。
15.根據(jù)權(quán)利要求12、13或14所述的自動(dòng)提取棉苗的裝置，其特征在于，所述單株棉苗定位及株數(shù)計(jì)數(shù)模塊包括棉苗帶水平投影模塊，用于基于所述二值圖像，根據(jù)棉苗株距基本恒定的位置特征，通過所述棉苗帶的水平投影，得到所述棉苗帶的水平方向像素直方圖；上部株數(shù)閾值確定模塊，連接所述棉苗帶水平投影模塊，用于根據(jù)所述水平方向像素直方圖的最大值，確定上部株數(shù)閾值；下部株數(shù)閾值確定模塊，連接所述棉苗帶水平投影模塊，用于根據(jù)所述水平方向像素直方圖的最小值，確定下部株數(shù)閾值；第一左右交點(diǎn)求取模塊，連接所述棉苗帶水平投影模塊、所述上部株數(shù)閾值確定模塊， 用于求取所述上部株數(shù)閾值線與所述水平方向像素直方圖曲線的第一左右交點(diǎn)；第二左右交點(diǎn)求取模塊，連接所述棉苗帶水平投影模塊、所述下部株數(shù)閾值確定模塊， 用于求取所述下部株數(shù)閾值線與所述水平方向像素直方圖曲線的第二左右交點(diǎn)；棉苗株數(shù)和左右邊界確定模塊，連接所述第一左右交點(diǎn)求取模塊、所述第二左右交點(diǎn)求取模塊，用于由所述第一左右交點(diǎn)及所述第二左右交點(diǎn)，計(jì)數(shù)所述二值圖像中棉苗的株數(shù)和各單株棉苗的左右邊界；第二雜草區(qū)域?yàn)V除模塊，連接所述棉苗株數(shù)和左右邊界確定模塊，用于濾除各棉苗植株左右邊界外的雜草區(qū)域，把這些雜草區(qū)域置為黑色的背景。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的自動(dòng)提取棉苗的裝置，其特征在于，所述單株棉苗定位及株數(shù)計(jì)數(shù)模塊還包括棉苗株數(shù)修正模塊，連接所述棉苗株數(shù)和左右邊界確定模塊，用于根據(jù)各單株棉苗的寬度，修正棉苗的株數(shù)。
17.根據(jù)權(quán)利要求12、13、14或16所述的自動(dòng)提取棉苗的裝置，其特征在于，所述田間棉苗圖像獲取模塊包括棉苗和雜草區(qū)域獲取模塊，用于運(yùn)用快速區(qū)域標(biāo)記法標(biāo)記各棉苗和雜草區(qū)域，并計(jì)算各區(qū)域的面積；棉苗和雜草區(qū)域排序模塊，連接所述棉苗和雜草區(qū)域獲取模塊，用于對(duì)各棉苗和雜草區(qū)域的面積從大到小進(jìn)行排序；面積閾值獲取模塊，連接所述棉苗和雜草區(qū)域排序模塊，用于從排序后的面積序列中， 去掉與所述棉苗株數(shù)相同的棉苗面積后，求取剩余的各區(qū)域面積的均值，并將該均值作為粒子擦除算法的面積閾值；第三雜草區(qū)域?yàn)V除模塊，連接所述棉苗和雜草區(qū)域獲取模塊、所述面積閾值獲取模塊， 用于根據(jù)所述面積閾值，擦除面積小于所述面積閾值的雜草區(qū)域，把這些雜草區(qū)域置為黑色的背景，得到所述田間棉苗圖像。
全文摘要
本發(fā)明有關(guān)于一種自動(dòng)提取棉苗的方法及其裝置，其中該方法包括步驟一，對(duì)棉苗田間彩色圖像利用綠色植物和土壤顏色特征進(jìn)行背景分割；步驟二，對(duì)背景分割后得到的綠色植物，利用棉苗行距的位置特征進(jìn)行棉苗帶定位；步驟三，對(duì)所定位的棉苗帶，利用棉苗株距的位置特征進(jìn)行單株棉苗定位及株數(shù)計(jì)數(shù)；步驟四，根據(jù)棉苗株數(shù)利用棉苗和雜草的形狀特征進(jìn)行單株棉苗的提取，得到田間棉苗圖像。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了識(shí)別率高的快速、自動(dòng)提取棉苗。
文檔編號(hào)G06K9/54GK102339378SQ20101023654
公開日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2010年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月22日
發(fā)明者張小超, 毛文華, 趙博 申請(qǐng)人:中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院