[發明專利]保持葉片主體圖像無損的葉柄切除方法

有效

• 申請號: 201010298825.8
• 申請日: 2010-09-29
• 公開（公告）號: CN101976447A
• 公開（公告）日: 2011-02-16
• 發明（設計）人: 高理文;林小樺
• 申請（專利權）人: 廣州中醫藥大學
• 主分類號: G06T11/00
• 分類號: G06T11/00;G06T7/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 楊曉松

技術領域

本發明涉及一種保持葉片主體圖像無損的葉柄切除方法。

背景技術

葉片圖像的機器識別是一種快速有效的植物分類方法。然而，葉片中多余葉柄的存在嚴重影響了識別的準確率，也妨礙了葉片在枝識別。當前，關于此問題的研究罕見報道，具代表性的僅有Xiao-Feng?Wang等人提出運用開運算去消除葉柄。但實驗分析表明，該方法由于結構元素大小難以確定而不可行。

總的來說，植物葉片識別大致分為以下幾個環節：

(1)預處理，即把葉片與背景分割。葉柄切除是屬于該環節的一個步驟。

(2)特征提取，即提取葉片數值特征，以便分類器學習并分類。常用的特征有：葉片長寬比、矩形度(即葉片面積與其最小包圍盒面積的比值)、周長平方與面積比等特征。

(3)分類器分類。常用的分類器有PNN、BP、RBF、SVM以及超球分類器等。

作為預處理的一個步驟，葉柄切除算法的研究與實現具有以下的重要意義：

(1)支持植物葉片在枝識別。倘若實現了葉柄切除算法，就不用把葉片從植物枝干上摘下，只需拍攝在枝葉片圖像，然后運行該算法，把葉片圖像從植株上分離出來，以便后續的識別。支持植物葉片在枝識別既保護了珍稀的植物資源；又使得在一些不宜摘除葉片的場合，比如公園、植物園或私人場所等環境，也能采集植物葉片圖像信息并進行識別；還顯著提高了葉片圖片采集的便捷性。

(2)大大優化了矩形度、周長平方與面積比等特征，有利于提高識別準確率。對于已摘除的葉片，無需再對葉片和植株作圖像分離。但是，由于在葉片摘除的過程中，葉柄大都受到損傷而部分殘留。而殘留在葉片圖像中的長短各不相同，具有一定的隨機性。由于殘留葉柄的長短直接影響矩形度、周長平方與面積比等特征的值，所以這種隨機性就成了噪聲干擾，破壞了上述識別特征的可靠性，進而影響識別率。研究并實現葉柄切除算法就能把葉柄殘留部分切除，消除這種干擾，提高識別率。

然而，現有的植物葉片識別的研究往往忽略多余葉柄的存在，僅有少數學者對葉柄的切除進行了探討。2005年，Xiao-Feng?Wang等人提出采用數學形態學開運算的方法對植物葉柄進行消除。然而，經過我們的實驗證明，該方法并不能解決葉柄的切除問題。其結構元素的大小難以確定成為了該算法應用的最大障礙。采用小的結構元素時，一些粗的葉柄無法消除；采用大的結構元素時，一些小的葉片受到的損傷過度；結構元素大小的取定這一關鍵問題，原文作者不做任何論述。2009年，王曉潔等人也基于數學形態學的方法，用長寬相等的十字形結構元素對葉柄進行切除；然而，該十字形結構的大小需要用戶對不同的葉片進行手工設置。換句話說，對于每一片葉片，用戶都需要消耗一定的時間進行多次嘗試和細致觀察重新確定十字形結構的大小。此外，即使是合適的十字形結構也會對葉片主體圖像造成損傷。2010年，鄭小東等專門針對葉柄切除問題進行了研究和討論，提出了基于形狀特征的葉片和葉柄分割方法；原文認為：顏色特征或紋理特征無法用來分割葉片和葉柄，然而，從形狀來看，多數植物的葉片較寬、葉柄較窄，可以利用這個特征進行葉柄和葉片分割。假設葉柄為矩形，垂直擺放，水平方向寬度為m，則對構成葉柄的任意像素來說，在水平方向其鄰域內連續的黑色像素的個數不會超過m，可以根據葉柄的寬度特征分割葉片和葉柄。然而，該方法存在幾個嚴重的缺陷：①關于“假設葉柄為矩形，垂直擺放”。通常，掃描或拍攝的葉片圖像方向各異。要求掃描或拍攝前先把葉片小心翼翼地垂直擺放(擺放角度的誤差就會直接干擾分割結果)，給用戶帶來較大的麻煩。此外，若是對植株上的葉片直接拍攝，更是難以遷就到垂直擺放這個角度。②關于“水平方向寬度為m”。不同的葉柄在不同的分辨率下，其水平方向寬度“m”的大小各不相同。原文沒有對“m”的取值方法做任何探討。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種保持葉片主體圖像無損的葉柄切除方法，該方法能在保持葉片主體圖像絲毫無損的情況下對葉柄進行切除，大大提高了葉片圖像采集的便捷性和葉片圖像的識別率。

本發明的目的通過下述技術方案實現：本保持葉片主體圖像無損的葉柄切除方法，包括以下步驟：

步驟1、將葉基點和葉尖點的坐標，從計算機坐標系變換到笛卡爾坐標系下，然后在笛卡爾坐標系下求得尖基射線的斜率和尖基射線的方程；

步驟2、在尖基射線方程的基礎上，進一步確定尖基射線的方向；然后以葉基點作為出發點，并沿著尖基射線方向探尋，讀入探尋步長step，求取沿尖基射線走過step個點后的探尋點坐標(Xsearch，Ysearch)；