[發(fā)明專利]一種棉花三真葉期的自動(dòng)檢測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210080445.6
• 申請日: 2012-03-23
• 公開（公告）號: CN102636486A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹治國;吳茜;余正泓;白曉東;王玉;張雪芬;薛紅喜;李翠娜
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: G01N21/84
• 分類號: G01N21/84;G06K9/46
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 李智

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于數(shù)字圖像處理和農(nóng)業(yè)氣象觀測結(jié)合領(lǐng)域，具體涉及一種以棉田下視序列圖像為對象，利用圖像特征來檢測是否到達(dá)棉花三真葉期的方法。

背景技術(shù)

棉花是我國主要的經(jīng)濟(jì)作物之一，種植面積十分廣泛。棉花的發(fā)育期、產(chǎn)量和質(zhì)量容易受到氣候變化的影響。長期以來，對于棉花發(fā)育期的觀測主要是通過人工觀測的方式，受觀測員主觀因素的影響比較大；同時(shí)由于觀測周期長、地域廣，利用人力進(jìn)行觀測也不夠經(jīng)濟(jì)。因此，通過拍攝棉田視頻圖像，利用圖像處理的手段，對其發(fā)育期進(jìn)行觀測是十分必要的。棉花三真葉期是棉花生長的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是農(nóng)業(yè)氣象觀測的一個(gè)重要內(nèi)容。

李敏等人在2011年的《山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)》上發(fā)表的論文“基于遙感的鄉(xiāng)鎮(zhèn)級棉花面積提取與長勢監(jiān)測研究”中，以CBERS01和HJ1B衛(wèi)星圖像為信息源，選取棉花信息較為突出的時(shí)相，經(jīng)幾何校正、腌膜、圖像增強(qiáng)等預(yù)處理，在分析研究區(qū)典型地物光譜特征的基礎(chǔ)上，采用決策樹分類方法提取棉花種植面積，分析棉花生長過程中植被指數(shù)的變化規(guī)律和棉花長勢的時(shí)空變化。然而該方法只利用棉花種植總體面積表征棉花長勢，具有不確定性。而且，利用衛(wèi)星圖像提取棉花種植面積的方法干擾因素多，誤差較大；劉嬌娣等人在2011年的《石河子大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)》上發(fā)表的論文“基于植被指數(shù)的新疆棉花遙感估產(chǎn)模型研究”中，利用植被指數(shù)與棉花產(chǎn)量的關(guān)系建立了棉花遙感估產(chǎn)模型，利用多時(shí)相遙感數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對棉花產(chǎn)量定量遙感預(yù)測。以新疆棉花各生育期的不同衛(wèi)星數(shù)據(jù)，構(gòu)建相關(guān)植被指數(shù)，并與實(shí)際棉花產(chǎn)量進(jìn)行回歸分析，建立了棉花單產(chǎn)的遙感估算模型，用來預(yù)測棉花產(chǎn)量。然而該方法只利用遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行棉花估產(chǎn)，沒有對棉花的某個(gè)生長期進(jìn)行觀測。而且遙感圖像存在一些缺點(diǎn)，如分辨率低，且容易受到云層、云陰影和氣溶膠等影響，每天在固定區(qū)域也僅有單張圖像可以使用，有較大的局限性。這些缺點(diǎn)不利于利用遙感圖像精確判斷農(nóng)作物生長狀況。陳燕2007年的碩士論文“基于高光譜數(shù)據(jù)的棉花生長信息定量模型研究”中，利用高光譜儀對不同處理下的棉花冠層進(jìn)行多時(shí)相監(jiān)測，獲取棉花全生育期各種生長信息。基于光譜微分技術(shù)和多種分析算法，研究棉花葉面積指數(shù)、生物量、覆蓋度與高光譜數(shù)據(jù)的相關(guān)性，篩選適宜的特征參數(shù)和植被指數(shù)，以建立棉花全生育期生長信息最佳定量模型。該方法利用了高光譜數(shù)據(jù)來對棉花生長信息進(jìn)行監(jiān)測，雖然獲取了生育期生長信息，但是沒有對棉花的特定生長期進(jìn)行檢測。而且，高光譜數(shù)據(jù)和遙感數(shù)據(jù)一樣，容易受到干擾，沒有直觀地反應(yīng)植物的生長狀況。

以上對棉花長勢、面積、產(chǎn)量和生長期信息的監(jiān)測都是利用衛(wèi)星圖像、遙感數(shù)據(jù)或高光譜數(shù)據(jù)確定的，但這些圖像由于自身局限性不利于精確判斷農(nóng)作物生長狀況。而實(shí)時(shí)相機(jī)圖像分辨率高，受干擾小，能提供更多的信息量。因此本發(fā)明通過利用裝置在田間的數(shù)碼相機(jī)來實(shí)時(shí)獲取棉花圖像，研究基于圖像的棉花三真葉期自動(dòng)檢測技術(shù)，以獲取棉花三真葉期的準(zhǔn)確到達(dá)時(shí)間，以便于及時(shí)指導(dǎo)農(nóng)事活動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種棉花三真葉期的自動(dòng)檢測方法，以相機(jī)在棉田采集的實(shí)時(shí)下視圖像為處理對象，利用顏色特征將棉花植株分割出來，并利用提取到的圖像特征，判斷棉花是否已經(jīng)到達(dá)三真葉期，具有準(zhǔn)確率高，實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)。

一種棉花三真葉期的自動(dòng)檢測方法，包括以下步驟：

依據(jù)棉花頁片顏色特征對相機(jī)拍攝的當(dāng)日棉花田間圖像進(jìn)行分割得到棉花葉片圖像；

對棉花葉片圖像進(jìn)行去噪處理；

從去噪處理后的棉花葉片圖像中截取多個(gè)子區(qū)域，多個(gè)子區(qū)域分別以預(yù)定的多個(gè)中心點(diǎn)一一對應(yīng)為中心；

分別統(tǒng)計(jì)多個(gè)子區(qū)域中的棉花葉片像素點(diǎn)個(gè)數(shù)；

分別將多個(gè)子區(qū)域中的棉花葉片像素點(diǎn)個(gè)數(shù)與初始檢測日得到的多個(gè)子區(qū)域中的棉花葉片像素點(diǎn)個(gè)數(shù)一一對應(yīng)比較；若某一子區(qū)域的棉花葉片像素點(diǎn)個(gè)數(shù)相對初始檢測日明顯增多，則判定該子區(qū)域中的棉花進(jìn)入三真葉期；

若子區(qū)域總數(shù)一半及一半以上的子區(qū)域的棉花被判定進(jìn)入三真葉期，則判定棉花在當(dāng)日進(jìn)入三真葉期；

所述預(yù)定的中心點(diǎn)按照如下方式確定：對初始檢測日采用相機(jī)拍攝的棉花田間圖像進(jìn)行分割，在分割得到的圖像中進(jìn)行連通域識別，將形狀特征和面積均各自滿足棉花葉片形狀要求和面積要求的連通域確定為棉花葉片連通域，分別計(jì)算各棉花葉片連通域的中心點(diǎn)。

進(jìn)一步的，在預(yù)定中心點(diǎn)確定過程中，還對間距小于距離閾值Td的中心點(diǎn)進(jìn)行合并。

進(jìn)一步的，所述距離閾值Td大于等于10且小于等于25。