[發明專利]一種土壤地表秸稈覆蓋率人工輔助識別系統

有效

• 申請號: 201410583504.0
• 申請日: 2014-10-28
• 公開（公告）號: CN104331686B
• 公開（公告）日: 2017-08-08
• 發明（設計）人: 吳才聰;蔡亞平;蘇懷洪
• 申請（專利權）人: 中國農業大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00
• 代理公司: 北京中恒高博知識產權代理有限公司11249
• 代理人: 姜萬林

技術領域

本發明涉及圖像處理技術領域，具體地，涉及一種土壤地表秸稈覆蓋率人工輔助識別系統。

背景技術

隨著我國生態環境的持續惡化，國家越來越重視可持續發展戰略。在農業領域，秸稈焚燒是導致空氣污染的重要因素，現各地已明令禁止焚燒秸稈，要求秸稈還田，通過粉碎、掩埋，達到既不污染環境，又可改善土壤結構和提高土壤肥力的目的。獲取土壤地表秸稈覆蓋率，對于評估土壤肥力恢復、實施變量施肥，具有重要的意義。傳統的“拉網數格法”獲取土壤地表秸稈覆蓋率，已不能滿足現代農業的要求，數字圖像處理技術的引入，有效提高了秸稈覆蓋率獲取效率。目前，數字圖像處理方法尚不能自動提取秸稈覆蓋率，而通過人工干預，在像素級別提取秸稈覆蓋率又異常繁瑣，且計算處理復雜，難以應用推廣。

針對土壤與秸稈光譜特征差異顯著的特點，可以采用圖像光譜的方法進行處理，如二分法、基本運算等。采用像素級別的地物判別方法，通過空間位置以及光譜位置信息，結合訓練區樣本的對比信息，可以得到秸稈覆蓋率，但是該算法復雜、工作量大，不適于非專業人員使用。現實中，常出現土壤與秸稈的光譜特征空間重疊十分嚴重的情況。此時，如果使用多光譜傳感器將導致成本過高，使用普通相機獲取圖像光譜的效果又不理想。因此，需要考慮利用圖像的其他特征，比如圖像紋理。

在實現本發明的過程中，發明人發現現有技術中至少存在勞動量大、數據處理量大、成本高、自動化程度低等缺陷。

發明內容

本發明的目的在于，針對上述問題，提出一種土壤地表秸稈覆蓋率人工輔助識別系統，以實現勞動量小、數據處理量小、成本低、自動化程度高的優點。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種土壤地表秸稈覆蓋率人工輔助識別系統，主要包括用于拍攝土壤地表秸稈圖像的數碼相機，用于粗調所述數碼相機水平的三腳架和云臺，用于精調所述數碼相機水平的三向水平儀，用于實時獲取所述數碼相機位置信息的GPS定位模塊，以及用于基于所述GPS定位模塊反饋的數碼相機的位置信息和數碼相機反饋的圖像信息進行處理的筆記本電腦；

所述數碼相機和GPS定位模塊分別安裝在云臺上，所述GPS定位模塊與數碼相機連接，所述三向水平儀與數碼相機連接。

以上所述的土壤地表秸稈覆蓋率人工輔助識別系統，還包括用于調節數碼相機水平的云臺；所述云臺安裝在三腳架上。

進一步地，所述筆記本電腦基于GPS定位模塊反饋的數碼相機的位置信息和數碼相機反饋的圖像信息進行處理的操作，具體包括：

模擬“拉網數格法”，通過將數字圖像分割成n*m個區域，即完成劃分n*m個格子的“拉網”工作；人工參與標識土壤格子，計算機輔助檢測標識格子鄰近的與其同類的其他格子并記錄，從記錄的格子開始重復檢測，直到沒有新的記錄為止，人工去除誤判的格子，即完成“數格”工作；

基于上述“數格”工作，結合空間特征變量和自定義特征變量，提取土壤圖像特征，計算土壤覆蓋率，進而反算秸稈覆蓋率。

進一步地，所述模擬“拉網數格法”，通過將數字圖像分割成n*m個區域，即完成劃分n*m個格子的“拉網”工作的操作，具體包括：

將原始圖像三個波段灰度化，并將灰度值劃分為5級，選取相鄰像素的變化進行計算得到灰度共生矩陣。

進一步地，所述結合空間特征變量和自定義特征變量的操作，具體包括：

對產生的灰度圖像進行邊緣提取，統計邊界中單像素點、雙像素點以及三像素點占邊緣圖像的比例，即點特征變量。

進一步地，所述提取土壤圖像特征的操作，具體包括：

把產生的灰度圖像劃分成若干條線，每條線上相鄰點的灰度值近似，統計不同長度線條的數量，通過統計短線條所占比例，即可描述土壤圖像。

本發明各實施例的土壤地表秸稈覆蓋率人工輔助識別系統，由于主要包括用于拍攝土壤地表秸稈圖像的數碼相機，用于粗調數碼相機水平的三腳架和云臺，用于精調數碼相機水平的三向水平儀，用于實時獲取數碼相機位置信息的GPS定位模塊，用于基于GPS定位模塊反饋的數碼相機位置信息和數碼相機反饋的圖像信息進行處理的筆記本電腦；數碼相機和GPS定位模塊分別安裝在云臺上，GPS定位模塊與數碼相機連接，三向水平儀與數碼相機連接；可以采用現有設備和裝置進行整合；從而可以克服現有技術中勞動量大、數據處理量大、成本高、自動化程度低的缺陷，以實現勞動量小、數據處理量小、成本低、自動化程度高的優點。

本發明的其它特征和優點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發明而了解。