[發明專利]一種玉米精準施藥系統的作物行識別方法

有效

• 申請號: 201410710905.8
• 申請日: 2014-12-01
• 公開（公告）號: CN104361330B
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 刁智華;王子成;毋媛媛;錢曉亮;賀振東;王宏;羅雅雯;趙明珍;吳貝貝;魏玉泉
• 申請（專利權）人: 鄭州輕工業學院
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/54
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司41125
• 代理人: 張紹琳,張真真

技術領域

本發明涉及農業工程的技術領域，具體涉及一種玉米精準施藥系統的作物行識別方法。

背景技術

在精準施藥系統中實現施藥噴頭的自動對準，關鍵是作物行中心線的識別。數字圖像處理算法在自動識別方面具有很大的優勢，是現代精準農業的基礎和關鍵技術。以往的研究表明，作物行提取算法具有單一性和適應性不強的缺點，農作物生長的不同時期、光照、及作物種類均會對算法的實現造成影響。設計一種滿足多種條件的作物行識別算法是精準施藥的重要問題。

根據以往的研究，農田作物行的識別算法一般是以農田作物行或者作物溝的中心線為研究對象。早在上世紀，Silsoe研究中心的Marchant和Brivot和瑞典專家BjornAstrand以及比利時學者V.Leemans等都分別對行識別及導航算法做過相應的研究，并取得了一定的成果。近年來國內也出現了不少這方面的研究，張志斌等將hough變換與Fisher準則相結合，根據壟線點空間關系得出多壟識別統一模型，克服傳統Hough變換提取多壟線的不足；趙瑞嬌等將投影法和直接Hough變換法相結合，提出一種基于垂直直方圖投影的改進Hough變換檢測作物行中心線的方法；馬紅霞等將灰度圖像分成若干個水平條，用垂直投影法找出導航定位點，并設置感興趣區域，在區域內采用Hough變換對定位點擬合得出導航基準線。在作物行提取中，骨架提取算法也是重要的一環，提取的準確性直接影響作物行提取的準確程度。傳統的骨架提取算法有三種，一是拓撲細化的方法，二是基于距離變換的方法，三是基于Voronoi圖的方法，但都存在部分缺點。徐超等提出了一種基于歐式距離的新型骨架提取算法，具有一定的改進效果。這些算法對農田作物行提取算法都具有一定參考價值，但算法復雜，且不能從根本上滿足農業機械的需要，因此還需要進一步的研究和實驗。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種玉米精準施藥系統的作物行識別方法，該方法可有效避免雜草等噪聲的影響，并且適應于不同作物及光照條件，其作物行準確率高于98.3%。

本發明的技術方案是：一種玉米精準施藥系統的作物行識別方法，包括以下步驟：

S1：利用工業相機和鏡頭采集玉米田RGB彩色圖像；

S2：對獲取的RGB彩色圖像利用改進的過綠灰度化算法進行灰度化；其中，改進的過綠灰度化算法為：灰度化后的灰度值Gary為

S3：利用改進的中值獲取方法的中值濾波去除灰度化圖像噪聲；

S4：利用最大類間方差法對去噪后的圖像進行二值化處理；

S5：采用形態學算法濾除二值化圖像的噪聲；

S6：基于馬氏距離和玉米葉脈規則提取作物行骨架；

S7：采用基于主骨架點的Hough變換算法將主作物行擬合為直線。

所述玉米田RGB彩色圖像為玉米生長中期真實復雜環境的圖像。

所述改進的中值獲取方法為：對于3*3的像素數組M：

其中，a>b>c，d>e>f，g>h>i，e>b>h，d>a>g，i<f<c；對矩陣的每個行向量進行降序排列：a>b>c，d>e>f，g>h>i，e>b>h，則a、d、g中的最大值d即為矩陣M的最大值， c、f、i中的最小值i為M的最小值，則

由于9個元素的中值，必大于四個元素，同時也小于四個元素，所以d、i、a、f、e、h都不可能是中間值。排除以上六個像素之后，只需比較窗口矩陣中最大值中的最小值g、中值中的中間值b和最小值中的最大值c，然后取三者的中值，該中值便是數組M的中間值。

所述基于馬氏距離和玉米葉脈規則提取作物行骨架的方法為：基于玉米葉脈規則確定玉米中心點，將此中心點作為主骨架點；通過馬氏距離變換其他點得到距離圖像，對距離圖像進行骨架提取。

所述馬氏距離變換的算法如下：，其中，表示其他點二維信息，表示主骨架點的二維信息，表示原始數據協方差矩陣的逆矩陣，表示其他點到主骨架點的距離。

本發明通過改進的過綠灰度化算法最大程度保留作物行信息、去除背景干擾，改進的中值獲取方法提高了運算速度，基于馬氏距離和玉米葉脈規則提取作物行骨架得到準確的骨架，其可有效避免雜草等噪聲的影響，適應于不同作物及光照條件，其作物行準確率高于98.3%，為精準農業系統中的噴藥噴頭自動對準提供了有效的方法。

附圖說明