[發明專利]一種自動提取棉苗的方法及其裝置

無效

• 申請號: 201010236542.0
• 申請日: 2010-07-22
• 公開（公告）號: CN102339378A
• 公開（公告）日: 2012-02-01
• 發明（設計）人: 毛文華;張小超;趙博
• 申請（專利權）人: 中國農業機械化科學研究院
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/54;A01G1/00
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 梁揮;祁建國

技術領域

本發明屬于精準農業機械裝備自動控制技術領域，尤指一種田間棉苗信息自動識別的方法及其裝置。

背景技術

我國農業生產中不合理使用農藥的現象普遍，已經導致了嚴重的農業生態環境污染，危害十分嚴重。一是防治次數多，農藥使用過量，棉花生產中超過了50％；二是農藥的有效利用率低，大田作物上只有20～30％，遠低于發達國家50％的平均水平。因此，精準農業變量噴灑技術成為研究熱點。要實現變量噴藥，首要解決田間作物的病蟲草害的自動識別，而作物植株的自動提取問題則是病蟲草害自動識別的關鍵問題。

田間作物苗情的識別方法有人工監測、遙感監測和近地圖像監測三種途徑。

1)人工監測是在噴藥作業之前，運用GPS或其它定位系統，人工自動記錄所看到的田間作物發生病蟲草害的位置，然后繪制成分布圖，這種方法存在效率低下、勞動強度大、完全依賴人工經驗，在大面積苗情觀測上，人工監測顯得無能為力。

2)遙感監測雖克服了人工監測的諸多弊端，但是，由于遙感圖像的空間和光譜分辨率較低，主要用于識別一定生長期內大面積發生的幾種病蟲草害，致使識別率較低且定位精度低。

3)近地圖像監測方法是利用機器視覺技術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，并自動識別出苗情，該方法能達到較高的識別率。棉苗的近地圖像監測，通常是利用棉苗具有紅色的莖的特征進行棉苗提取，由于地膜覆蓋、棉葉擴展遮擋棉苗莖，以及土壤與棉苗莖的顏色相近等問題，用顏色自動提取棉苗的方法的識別率較低，該方法棉苗自動識別率通常低于80％。

發明內容

本發明的一目的在于提供一種自動提取棉苗的方法及其裝置，用于實現識別率高的快速、自動提取棉苗。

為了實現上述目的，本發明提供一種自動提取棉苗的方法，其特征在于，包括：

步驟一，對棉苗田間彩色圖像利用綠色植物和土壤顏色特征進行背景分割；

步驟二，對背景分割后得到的綠色植物，利用棉苗行距的位置特征進行棉苗帶定位；

步驟三，對所定位的棉苗帶，利用棉苗株距的位置特征進行單株棉苗定位及株數計數；

步驟四，根據棉苗株數利用棉苗和雜草的形狀特征進行單株棉苗的提取，得到田間棉苗圖像。

所述的自動提取棉苗的方法，其中，所述步驟一中，進一步包括：

將所述棉苗田間彩色圖像，根據超綠顏色閾值指標轉換為8bit的灰度圖像；

將所述8bit的灰度圖像轉換為二值圖像，綠色植物為白色的前景，土壤為黑色的背景。

所述的自動提取棉苗的方法，其中，所述步驟二中，進一步包括：

基于所述二值圖像，根據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域。

所述的自動提取棉苗的方法，其中，所述步驟二中，進一步包括：

根據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域，把這些雜草區域置為黑色的背景。

所述的自動提取棉苗的方法，其中，所述步驟二中，進一步包括：

根據所述棉苗帶的上下邊界與中心位置的距離，修正上下邊界。

所述的自動提取棉苗的方法，其中，所述步驟三中，進一步包括：

基于所述二值圖像，根據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，根據所述水平方向像素直方圖計算棉苗的株數，確定各單株棉苗的左右邊界，并濾除左右邊界外的雜草區域。

所述的自動提取棉苗的方法，其中，所述步驟三中，進一步包括：

根據所述水平方向像素直方圖的最大值，確定上部株數閾值；

根據所述水平方向像素直方圖的最小值，確定下部株數閾值；

求取所述上部株數閾值線與所述水平方向像素直方圖曲線的第一左右交點；

求取所述下部株數閾值線與所述水平方向像素直方圖曲線的第二左右交點；

由所述第一左右交點及所述第二左右交點，計數所述二值圖像中棉苗的株數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域，把這些雜草區域置為黑色的背景。