[發明專利]一種基于導數光譜法的輕度蟲害葉片的葉脈識別方法

無效

• 申請號: 201310086536.5
• 申請日: 2013-03-18
• 公開（公告）號: CN103198298A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發明（設計）人: 趙蕓;何勇
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/46
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明涉及一種葉脈識別方法，尤其涉及一種基于導數光譜法的輕度蟲害葉片的葉脈識別方法。

背景技術

由于植物的復雜性，植物建模比建筑物建模更為困難。建立植物的三維模型抑制是植物學和計算機圖形學等方便的研究熱點，一般可分為微觀和宏觀兩個尺度。

微觀尺度建模是根據細胞、養分和植物生長規律等建立模型，或者通過具體定義枝干、樹葉和分枝結構來建立模型。宏觀尺度建模是指建立包含植物的森林、農作物、草地等場景。其中，微觀尺度建模注重模型的準確性，要求符合實際情況。

葉片葉脈包含了非常重要的植物生理信息，提取植物葉脈是進行植物建模和識別的關鍵步驟，葉脈識別也一直是研究的熱點。

隨著計算機處理技術的發展，基于圖像處理技術的葉脈提取和葉脈建模已成為研究熱點。文獻（2006.Leaf?vein?extraction?using?independent?component?analysis.Proceedings?of?IEEE?Conference?on?Systems,Man,and?Cybernetics.5:3890－3894.）用獨立成分分析進行葉脈的提??；文獻（2008.基于Hough變換的植物葉脈檢測新方法[J].通訊和計算機.5(8)：58－60.）利用灰度拉伸、Hough變換與邊緣生長、圖像腐蝕與膨脹進行葉脈檢測。

文獻（2009.Fast?leaf?vein?extraction?using?hue?and?intensity?information.Proceedings?of?IEEE?International?Conference?on?Information?Engineering?and?Computer?Society.1－4.）提出基于SHI彩色空間的快色葉脈提取算法，該算法把樹葉分為葉脈與葉肉顏色相似和不同兩類，對于具有不同顏色的葉子，將HSI彩色空間的色調分離分為12個顏色區間，像素點最多的顏色區間為葉肉像素點，去除葉肉像素點得到葉脈圖像；對于顏色單一的葉子分兩步進行提取，第一步根據不同顏色葉子的提取方法對H分量圖像提取部分葉脈，第二步先將I分量圖像進行增強，再進行大部分葉脈的提取。

文獻（2011.基于改進的Sobel算子和色調信息相結合的葉脈提取算法.農業工程學報.27(7):196～199.）則提出了一種基于改進的Sobel算子和色調信息相結合的葉脈提取算法，對圖像進行改進的Sobel算子的葉脈提取和基于色調信息的葉脈提取，然后將兩者提取的結果進行融合獲得最終的葉脈圖像。

在以往的相關研究中，采用的實驗對象都是健康的葉片，除了葉脈和葉肉固有的色差外，不存在其他的色差區域，有利于葉脈的識別。但是在實際應用中，葉片往往都會遭受各種病蟲害的侵擾。遭受蟲害危害的葉片葉綠素分布會不均勻，形成色差，同時會有細小的蟲孔，在執行現有的邊緣識別算法時，這些色彩不均勻區域的邊界和細小蟲孔的邊界很容易與葉脈的邊緣同時被識別出來，難以避開。

發明內容

本發明提供了一種基于導數光譜法的輕度蟲害葉片的葉脈識別方法，利用該算法能獲得輕度蟲害葉片的葉脈圖像。

基于導數光譜法的輕度蟲害葉片的葉脈識別方法，包括：

（1）對原高光譜圖像求一階導數光譜，獲得680nm處的一階導數光譜圖像，對該一階導數光譜圖像進行葉脈提取運算，得到第一葉脈圖像；

（2）取原高光譜圖像中640nm、550nm、460nm處單波段圖像組成RGB圖像，再將該RGB圖像轉換到HSI空間得到HSI圖像，對HSI圖像中的H分量進行葉脈提取運算，得到第二葉脈圖像；

（3）將第一葉脈圖像和第二葉脈圖像進行融合，得到識別后的葉脈圖像。

本發明中所述的輕度蟲害葉片，是指葉脈完整、葉肉被害蟲侵蝕但仍保留至少80%葉肉面積的葉片。

對原高光譜圖像求一階導數光譜是為了將葉肉像素與葉脈像素區分開。由于單個像素的光譜曲線是由一系列的離散光譜數據連成的曲線，因此，對高光譜數據進行導數變換并不等同于數學意義上的對連續、可微的函數進行求導運算，而是在一定尺度的微分窗口下通過一階差商實現對一階求導的近似代替。因此需要對高光譜數據先行對數變換，再行求導變換。對數變換和導數變換的公式分別如式(1)，(2)所示。

A(λ)＝Ln[1R(λ)]???????（1）；

D(λ)＝[A(λ)-A(λ+ω)]ω???????（2）；