[發明專利]一種測量水稻劍葉角度的方法、裝置及系統

有效

• 申請號: 201310633761.6
• 申請日: 2013-12-02
• 公開（公告）號: CN103673931A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 路文超;朱大洲;趙勇;于春花;羅斌;高權;王成
• 申請（專利權）人: 北京農業信息技術研究中心
• 主分類號: G01B11/26
• 分類號: G01B11/26
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 李相雨

1.一種用于水稻劍葉角度測量的方法，其特征在于，該方法包括：

采集水稻劍葉基部圖像并進行預處理；

對預處理后的圖像進行前景提取，獲取水稻劍葉和主莖圖像；

對前景圖像二值化并進行形態學處理；

對形態學處理后的圖像進行細化處理；

對細化后的圖像進行直線檢測，并對檢測出的直線傾角進行聚類分析；

根據聚類分析后得到的聚類中心的角度值，計算劍葉角度。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述采集水稻劍葉基部圖像并進行預處理，包括：對采集到的圖像進行5*5中值濾波，從而去除圖像中的椒鹽噪聲。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述對預處理后的圖像進行前景提取，包括：

對中值濾波后的圖像進行顏色空間變換，圖像由RGB空間轉換成HSL空間；

獲取所述的HSL空間圖像的H、S、L三個分量的直方圖，綜合根據三個分量的直方圖設置門限值范圍，將門限值范圍之外的背景像素值置零，門限值范圍之內的前景像素值保持不變，實現前景圖像與背景圖像分離，獲得前景圖像；

將獲得的所述前景圖像由HSL空間轉換為RGB空間彩色圖像。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述對前景圖像二值化并進行形態學處理，包括：

對前景圖像進行5*5中值濾波，去除前景圖像中的椒鹽噪聲；

對前景圖像進行灰度化，采用最佳閾值法，選取閾值對所述灰度化圖像進行二值化處理，得到二值圖像；

對所述二值圖像采用膨脹、腐蝕及膨脹與腐蝕相結合的形態學處理方法進行處理，使得圖像中主莖部分和劍葉部分形成一個完整的連通區域；

由所述連通區域，找出主莖和劍葉所在的最大聯通區域的最小外接矩形，利用最小外接矩形法得到單一的主莖和劍葉的連通區域圖像。

5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述對形態學處理后的圖像進行細化處理，包括：

對所述連通區域進行距離變換，確定骨架點和候選點；

對所述候選點進行規則約束，通過骨架生長得到單像素寬度骨架。

6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述對細化后的圖像進行直線檢測，并對檢測出的直線傾角進行聚類分析，包括：

對細化后的圖像應用霍夫變換進行直線檢測，得到檢測后單像素寬度的直線的圖像；

根據檢測到的直線，求出每一條直線與正向x軸的夾角θ1，θ2，……θn，應用K-means聚類算法對檢測出的直線夾角進行聚類分析。

7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述聚類后得到的聚類中心的角度值，計算劍葉角度，包括：劍葉角度θ即為兩個聚類中心的角度θ11和θ22之差的絕對值，即θ=|θ11-θ22|，θ即為水稻劍葉角度。

8.一種用于水稻劍葉角度測量的裝置，其特征在于，包括：圖像采集單元、預處理單元、前景提取單元、形態學處理單元、細化單元、聚類分析單元、角度計算單元；

所述圖像采集單元用于采集水稻劍葉基部圖像；

所述預處理單元用于對所述采集的圖像進行5*5中值濾波，從而去除圖像中的椒鹽噪聲；

所述前景提取單元用于將所述預處理后的圖像的前景圖像和背景圖像分離，獲得前景圖像；

所述形態學處理單元用于對所述前景圖像二值化并進行形態學處理，得到單一的主莖和劍葉的連通區域圖像；

所述細化單元用于對所述連通區域圖像進行細化處理，得到單像素寬度骨架；

所述聚類分析單元用于對所述細化后的圖像進行直線檢測，并對檢測出的直線進行聚類分析；

所述角度計算單元用于根據所述聚類分析后得到的聚類中心的角度值，計算得到劍葉角度。

9.一種用于水稻劍葉角度測量的系統，其特征在于，包括：背景板、支架、夾持單元和如權利要求8所述的用于水稻劍葉角度測量的裝置；

所述背景板用于平行放置于待測的主莖和劍葉的正后方且盡量貼近主莖和劍葉；

所述支架用于支撐、固定夾持單元，并且使得所述用于水稻劍葉角度測量的裝置和背景板之間形成固定的距離；

所述夾持單元是用于夾持、固定所述用于水稻劍葉角度測量的裝置。

10.如權利要求9所述的系統，其特征在于，所述用于水稻劍葉角度測量的裝置為智能終端。