[發明專利]一種小麥抽穗的自動檢測方法

有效

• 申請號: 201210277879.5
• 申請日: 2012-08-07
• 公開（公告）號: CN102855485A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發明（設計）人: 曹治國;王玉;余正泓;白曉東;吳茜;張雪芬;薛紅喜;李翠娜
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G06K9/46
• 分類號: G06K9/46;G06T5/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智

技術領域

本發明屬于數字圖像處理和農業氣象觀測的交叉領域，具體涉及到一種小麥抽穗的自動檢測方法，即以田間拍攝的小麥前下視圖像序列為對象，從圖像特征上自動檢測小麥是否進入抽穗期的方法。

背景技術

小麥是世界上總產量第二的糧食作物，在我國東北、華北、華東等地區大范圍種植。為了提高小麥的產量和質量，需要對它的發育速度和進程進行了解，并在此基礎上分析它的各發育期與氣象條件之間的聯系，從而鑒定小麥生長的農業氣象條件。然而長期以來，對于小麥各發育期的觀測主要是通過人工觀測的方式，受觀察員主觀因素的影響很大；同時由于小麥的種植地域廣、生長周期長，利用人工進行觀測也不夠經濟，沒有辦法保證精確度。小麥抽穗期是小麥生長期中的關鍵時期，對小麥產量形成過程較為重要。小麥抽穗期是衡量小麥成熟的重要指標。有效而準確地識別這個時期，是農業氣象觀測的重要內容。

2009年李衛國、李正金、申雙和在《江蘇農業科學》上發表的“小麥遙感估產研究現狀及趨勢分析”中就小麥遙感估產精度的提高、遙感和模型結合的估產研究與應用、極端氣候條件下的遙感估產以及遙感估產技術的信息集成化做了闡述；2009年張旭東在其碩士論文《衛星遙感監測江蘇省小麥籽粒產量和品質初步探索》中利用遙感技術在小麥生長的中后期對籽粒產量及蛋白質含量進行了預測；2010年蔡薇在其碩士論文《基于MODIS遙感數據混合像元分解的小麥識別及面積估算》中對Langsat5TM數據采用監督分類，根據分類結果圖提取小麥種植區域，并進行像元聚類分析，將其結果作為MODIS混合像元分解精度的評價標準。但以上對小麥產量、生長狀況的監測都是利用遙感數據確定的，而由于遙感圖像本身存在分辨率低，容易受到云層、云陰影和氣溶膠等影響，且每天在固定區域也僅有單張圖像可以使用，因此有較大的局限性，不適用于實際大田環境下小麥抽穗期的自動連續檢測，難以獲得實時、準確的小麥抽穗信息。目前還需一種準確率高、實用性強和操作方便的方式來代替抽穗期人工檢測方式，以獲取小麥抽穗期的準確時間，便于及時指導農事活動。

通過田間拍攝的小麥前下視序列圖像，其涵蓋的有用信息更多，有助于小麥抽穗期的實時、準確檢測。因此通過拍攝的小麥前下視序列圖像，借助圖像處理、信息匯總的手段，對小麥發育期進行自動觀測就顯得十分必要，但基于圖像的小麥抽穗期自動檢測技術目前尚未見公開報道。

發明內容

本發明目的在于提供一種小麥抽穗期的自動檢測方法，以實時田間采集的小麥前下視序列圖像為對象，利用其圖像特征準確地檢測出小麥抽穗期的時間。

一種小麥抽穗的自動檢測方法，包括以下步驟：

(1)訓練階段：

(1.1)拍攝已進入拔節期的田間小麥圖像序列，從田間小麥圖像序列中的每一張圖像中按照相同方式提取多塊子區域作為觀測區域；

(1.2)分別對各圖像的觀測區域進行主成分分析，得到各觀測區域的特征向量；

(1.3)依據步驟(1.2)得到的各觀測區域的特征向量將各圖像中的觀測區域投影到特征空間的第一或第三維，獲得每一觀測區域的特征圖像；將各圖像同一位置的特征圖像合并，獲得該觀測區域的特征合并圖像；通過閾值分割將各特征合并圖像轉化為二值圖；對于每一二值圖，若其包含的黑色像素點多于白色像素點，則表明該觀測區域的麥穗顏色類型為偏暗型，否則，表明該觀測區域的麥穗顏色類型為偏亮型；

(2)檢測階段：

(2.1)按照與步驟(1.1)的相同方式從待檢測圖像提取多塊子區域作為檢測區域；

(2.2)依據步驟(1.2)得到的各觀測區域的特征向量將待檢測圖像中對應的檢測區域投影到特征空間的第一或第三維，獲得每一檢測區域的特征圖像；

(2.3)通過閾值分割將每一檢測區域的特征圖像轉換為二值圖，若該二值圖對應的觀測區域的麥穗顏色類型為偏暗型，則從該二值圖中選取黑色像素點區域作為麥穗候選區域，若該二值圖對應的觀測區域的麥穗顏色類型為偏亮型，則從該二值圖中選取白色像素點區域作為麥穗候選區域；

(2.4)分別提取每一麥穗候選區域的圖像特征，根據提取的圖像特征對麥穗候選區域做去噪處理，最終保留的區域即為麥穗區。

(2.5)若各檢測區域中確定的麥穗區個數大于預定的第一界定數，則表明該檢測區域進入抽穗期；若待檢測圖像中一半或一半以上的檢測區域都進入抽穗期，則表明待檢測圖像進入抽穗期。

所述步驟(2.4)按照如下方式進行提取麥穗候選區域的圖像特征，根據提取的圖像特征對麥穗候選區域做去噪處理：