[發明專利]基于圖像的牧草覆蓋度和生物量自動檢測方法

有效

• 申請號: 201611247627.2
• 申請日: 2016-12-29
• 公開（公告）號: CN106709922B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 韓冰;周振;徐愛國;周望;金紅偉;孫涵
• 申請（專利權）人: 江蘇省無線電科學研究所有限公司
• 主分類號: G06T7/11
• 分類號: G06T7/11;G06T7/136;G06T7/143
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所(普通合伙) 32104
• 代理人: 殷紅梅

1.一種基于圖像的牧草覆蓋度和生物量自動檢測方法，其特征是，所述檢測方法包括如下步驟：

步驟1、利用農業氣象自動觀測站中的攝像機拍攝獲取所需方位角以及俯仰角的的牧草圖片；

步驟2、對拍攝的牧草圖片進行處理，以獲取所述牧草圖片的圖像成像時間，并根據所述牧草圖片的圖像成像時間確定牧草圖片對應的光合有效輻射照射度，且將所確定的光合有效輻射照射度與輻射照射度閾值比較，若牧草圖片的光合有效輻射照射度低于輻射照射度閾值時，跳轉至步驟4，否則，跳轉至步驟3；

步驟3、利用「G-B」模型計算牧草圖片的初始實測作物長勢指數VARIobserve，并構建牧草生長期內作物長勢指數的時間模型DAY-VARI，利用所述牧草生長期內作物長勢指數的時間模型DAY-VARI以及牧草的當前生長期，得到預期作物長勢指數VARImodel；當|VARI_model﹣VARI_observe|/VARI_model小于等于色度判斷閾值時，跳轉至步驟5，否則，跳轉至步驟4；

步驟4、對牧草圖片進行白平衡校正，以得到白平衡校正牧草圖片；

步驟5、對得到的白平衡校正牧草圖片，獲取每個像元的G/R通道比值以及G/B通道比值，當G/R通道比值、G/B通道比值均大于牧草分割閾值時，且G通道數值大于35時，則當前的像元判定為牧草作物，否則，當前的像元判定為背景；

將白平衡校正牧草圖片的像元均進行上述判斷處理后，得到白平衡校準牧草圖片對應的牧草初始二值圖像；

步驟6、計算牧草初始二值圖像中牧草像元區域的連通域面積，并獲取各連通區域具有相同標準二階中心矩的橢圓的長軸長度和短軸長度，當長軸長度與短軸長度的比值大于軸長度判斷閾值時，則將當前區域判定為牧草區域像元，否則，將當前區域判定為非作物區域，以得到牧草最終二值圖像；

對牧草最終二值圖像，計算牧草區域像元數占總像元數的比例，以得到并輸出牧草實時覆蓋度；

步驟7、對步驟4得到的白平衡校正牧草圖片，計算得到最終實測作物長勢指數VRARI，根據牧草生物量-作物長勢指數關系，得到牧草實時生物量，具體為：

Biomass＝C/(1+exp(m-n·VRARI))

其中，Biomass為牧草實時生物量，C、m、n均為常數，VRARI為最終實測作物長勢指數。

2.根據權利要求1所述的基于圖像的牧草覆蓋度和生物量自動檢測方法，其特征是：所述步驟2中，在獲取牧草圖像的圖像成像時間后，利用農田小氣候數據確定牧草圖像對應的光合有效輻射照射度。

3.根據權利要求1所述的基于圖像的牧草覆蓋度和生物量自動檢測方法，其特征是，牧草生長期內作物長勢指數的時間模型DAY-VARI，具體為：

其中，a₁、b₁、c₁、a₂、b₂、c₂均為模型擬合參數，其取值范圍在1～100之間，x為牧草生長期日數。

4.根據權利要求1所述的基于圖像的牧草覆蓋度和生物量自動檢測方法，其特征是，步驟4中，利用直方圖匹配方式對牧草圖片進行白平衡校正，對牧草圖片進行白平衡校正的具體過程包括：

步驟4.1、對牧草圖片的每個色彩通道數值進行提取，以得到牧草圖片直方圖；

步驟4.2、提供標準圖片，并計算所述標準圖片以及牧草圖片直方圖的各級灰度值的累計概率，具體為：

Pk＝Nk/N,k＝0,1,…,255

其中，Pk表示數值為k的灰度值出現的概率，Nk表示數值為k的灰度值出現的頻數，N為圖像像素總數；

步驟4.3、根據上述標準圖片、牧草圖片直方圖對應的各級灰度值的累積概率，得到標準圖片的累計概率曲線，以及牧草圖片的累計概率曲線；

步驟4.4、在標準圖片的累計概率曲線、牧草圖片的累計概率曲線上任選概率P，確定所選概率對應的灰度值；根據所選概率P下，標準圖片的灰度值與牧草圖片的灰度值對應關系，將牧草圖片的數值概率集合校正至標準圖片的概率集合，以實現對牧草圖片的白平衡校正。