[發明專利]一種基于顯微圖像的小麥葉片氣孔密度測量方法

有效

• 申請號: 201610085012.8
• 申請日: 2016-02-15
• 公開（公告）號: CN105761259B
• 公開（公告）日: 2018-08-21
• 發明（設計）人: 李林;左志宇;魏新華
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/11;G06T7/62
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于顯微圖像的小麥葉片氣孔密度測量方法，屬于計算機視覺技術領域。采用數字顯微鏡采集小麥葉片圖像，采用混合的灰度化方法對采集的圖像進行灰度化，得到小麥葉片的灰度圖像；采用最大類間方差法自適應進行圖像二值化處理；根據小麥葉片氣孔排列方向自適應選取線性結構元素進行形態學開運算，消除背景噪聲的影響；進行連通區域檢測，得到圖像中小麥葉片氣孔的位置信息，統計視場內氣孔數量，根據顯微鏡標定的尺寸進行氣孔密度計算。本發明能夠實時對顯微圖像中小麥葉片氣孔的密度進行檢測，有效解決了現有體系中人工計算時的費時費力問題，可應用于不同脅迫或不同生長環境下小麥葉片氣孔特性的影響研究以及小麥生長模型的研究。

技術領域

本發明屬于計算機視覺技術領域，具體涉及一種基于顯微圖像的小麥葉片氣孔密度測量方法。

背景技術

近年來，作物的氣孔性狀已成為作物產量生理和逆境生理等基礎研究的重要研究內容。氣孔的密度會影響植物的光合作用和蒸騰作用，是表征小麥葉片氣孔特性的重要參數之一。目前大部分研究都是通過人工計數進行氣孔密度的測量，該方法不但浪費勞動力，而且當數據量很大時，人工很容易因為疲勞出現錯誤，還會受外界環境因素的影響，無法及時對采集的數據進行處理。隨著計算機技術的發展，圖像處理技術由于其環保、不受外界環境限制等優勢，被廣泛應用于農業領域的多個環節，包括農產品的檢測、作物生長狀況監測以及農業機器人的視覺系統。

發明內容

本發明的目的在于提供一種自動計算視場內小麥葉片氣孔密度的方法。通過對數字顯微鏡采集到的小麥葉片圖像進行處理，得到視場內小麥葉片氣孔的數量，從而計算得到小麥葉片氣孔的密度。為了實現上述目標，本發明主要采取如下技術方案：

一種基于顯微圖像的小麥葉片氣孔密度測量方法，按照下述步驟進行：

(1)圖像采集以及灰度化處理

使用數字顯微鏡采集小麥葉片氣孔的圖像，電腦讀取采集的圖像并進行處理。考慮到小麥葉片的彩色圖像中G分量較高，為了較好的分離出氣孔部分，采用混合的灰度化方法對采集的圖像進行灰度化，然后將灰度值規整為0到1范圍內的double(雙精度浮點型)類型，得到小麥葉片的灰度圖像。

(2)圖像分割

采用最大類間方差法對已經灰度化的圖像進行二值化處理，得到圖像分割結果。最大類間方差法按圖像的灰度特性將圖像分成背景和目標兩部分，背景和目標之間的類間方差越大，說明構成圖像的兩部分的差別越大，因此，使類間方差最大的分割意味著錯分概率最小。

(3)圖像去噪

根據小麥葉片氣孔排列方向自適應選取線性結構元素進行形態學開運算，消除背景噪聲的影響。小麥葉片氣孔的排列相對整齊，自適應的檢測氣孔排列方向的過程如下：

a.設置水平方向為0度角方向，分別對0°，順時針45°，順時針90°，順時針135°四個方向進行列灰度均值統計，得到每個方向的灰度均值方差，方差最大的方向為圖像的預判別方向；

b.根據預判別的方向進行與預判別方向垂直的線性結構元素的開運算，消除細小噪聲的影響；

c.方向為0°和順時針45°的圖像，求其每列不為零的元素的橫坐標均值，并進行直線擬合，得到精確的小麥葉片氣孔的方向。方向為90°和順時針135°的圖像，求其每行不為零的元素的橫坐標均值，并進行直線擬合，得到精確的小麥葉片氣孔的方向；

d.根據精確的小麥葉片氣孔的方向進行全局直線檢測，得到符合小麥葉片氣孔排列方向的所有直線的參數。

(4)連通區域檢測

對圖像分割結果進行連通區域檢測，對檢測到的所有連通區域進行檢測，當其滿足氣孔參數是認為其實氣孔區域，得到圖像中小麥葉片氣孔的位置信息。氣孔的參數包括面積、長寬比、與距離其最近的直線的距離等。