[發明專利]基于圖像的玉米生育前期干旱脅迫自動識別方法

有效

• 申請號: 201710520810.3
• 申請日: 2017-06-30
• 公開（公告）號: CN107392892B
• 公開（公告）日: 2019-11-19
• 發明（設計）人: 王萍;莊碩;姜博然
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/11;G06T7/194;G06K9/46;G06K9/48;G06K9/62
• 代理公司: 12201 天津市北洋有限責任專利代理事務所
• 代理人: 李麗萍<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明公開了基于圖像的玉米生育前期干旱脅迫自動識別方法，包括以下步驟：1)制備處于不同干旱脅迫條件下的生育前期玉米植株圖像樣本集，具體過程為：利用成像設備獲取多幅處于不同干旱脅迫條件下的生育前期玉米植株圖像樣本，對樣本圖像進行分割處理，對分割后的目標圖像進行特征提取，獲得圖像樣本的特征向量，并記錄圖像樣本所屬的干旱類別；2)利用獲取的生育前期玉米植株圖像樣本集訓練兩級干旱脅迫自動識別模型；3)玉米生育前期圖像樣本干旱脅迫自動識別步驟。本方法有效地實現了生育前期玉米植株的干旱脅迫狀態的自動識別，能夠對農業干旱災害進行及時的預警，減少玉米作物及其經濟損失；并通過實驗驗證了本方法的有效性。

技術領域

本發明屬于數字圖像處理和農業自動化領域,具體涉及一種基于圖像的生育前期玉米植株干旱脅迫自動識別的方法。

背景技術

玉米植株對于水分脅迫較為敏感，不同階段發生的干旱對玉米的正常生長和發育均會產生影響^[1]，造成葉片數目減少、葉面積降低、株高下降等^[2,3]，致使玉米產量不同程度的損失。對生育前期的玉米作物所受干旱脅迫做出準確可靠的識別對于玉米生長發育和農業生產活動具有重要意義。

土壤干旱和大氣干旱是作物生理干旱的主要原因。可以通過遠端降水傳感器預測地區干旱情況，進而預測玉米是否受旱。或者利用氣象衛星數據，得到歸一化植被指數(NDVI)，對土壤含水量和旱情進行預測^[4]。這類方法從大的氣象環境間接預測農作物可能遭遇干旱和可能的旱情。相比之下，從玉米生長發育的程度來鑒別玉米受旱情況更為客觀直接。鑒別方法有通過獲取葉片細胞液濃度、葉綠素含量等傳統的生物測量來判斷植物旱情，這類方法通過近距離采集到的單個葉片正面圖像進行植物干旱識別^[5,6]。這類方法對采集葉片圖像的條件要求嚴格，工作效率較低，不支持實時監控。

隨著模式識別技術的發展，基于圖像處理的機器學習方法普遍應用到植物的診斷，具有快速、準確、客觀的優點。如果能夠利用數字圖像識別技術自動識別玉米植株干旱脅迫的狀態,將提高處于生育前期的玉米植株所受干旱情況的自動識別程度與精度，實現田間早期玉米作物生長狀況的實時監測。

[參考文獻]

[1]Cakir R.Effect of water stress at different development stages onvegetative and reproductive growth of corn[J].Field Crops Research,2004,89(1):1-16。

[2]李永華,盧琦,吳波等；干旱區葉片形態特征與植物響應和適應的關系[J]；植物生態學報,2012,36(1):88-98。

[3]楊國虎,李建生,羅湘寧等；干旱條件下玉米葉面積變化及地上干物質積累與分配的研究[J]；西北農林科技大學學報:自然科學版,2005,33(5):27-32。

[4]熊世為,李衛國,賈天山等；基于HJ衛星數據的土壤含水量反演及其旱情預測[J]；江蘇農業學報,2014(5):1044-1050。

[5]徐騰飛,韓文霆,孫瑜；基于圖像處理的玉米葉片含水率診斷方法研究[J]；干旱地區農業研究,2013,31(1):95-100。

[6]賈慶節；基于視覺圖像的植物受旱等級鑒定研究與仿真[J]；計算機仿真,2012,29(7):321-324。

發明內容

針對現有技術，本發明提供一種基于圖像的玉米生育前期干旱脅迫等級自動識別方法，通過圖像分割和特征提取得到一組描述圖像樣本的特征向量，訓練一個兩級分類器，對生育前期玉米植株所受的干旱脅迫等級進行有效的識別，實現早期玉米生長狀況的實時自動化監測。