[發(fā)明專利]一種基于圖像分類和目標(biāo)檢測(cè)的棉花發(fā)育期自動(dòng)識(shí)別方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810457301.5
• 申請(qǐng)日: 2018-05-14
• 公開（公告）號(hào): CN108647652B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 毋立芳;汪敏貴;付亨;簡(jiǎn)萌;秦媛媛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06V10/26
• 分類號(hào): G06V10/26;G06V10/764;G06V10/774;G06V10/82;G06V20/60;G06K9/62
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

一種基于圖像分類和目標(biāo)檢測(cè)的棉花發(fā)育期自動(dòng)識(shí)別方法屬于農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)領(lǐng)域。隨著圖像處理和深度學(xué)習(xí)技術(shù)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)方式由人工觀測(cè)向自動(dòng)觀測(cè)轉(zhuǎn)變成為可能。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)棉花發(fā)育期的自動(dòng)觀測(cè)，本文提出了一種基于目標(biāo)檢測(cè)與圖像分類相結(jié)合的棉花發(fā)育期自動(dòng)識(shí)別方法。該方案首先觀察和分析棉花各個(gè)發(fā)育期圖像存在的不同特征，然后通過基于深度學(xué)習(xí)的圖像分類實(shí)現(xiàn)三真葉期、五真葉期和現(xiàn)蕾期的自動(dòng)識(shí)別，進(jìn)一步通過深度目標(biāo)檢測(cè)自動(dòng)檢測(cè)圖像中的花和棉絮，最后綜合兩種算法的結(jié)果，實(shí)現(xiàn)棉花完整發(fā)育期的自動(dòng)識(shí)別。采用該方案可以實(shí)現(xiàn)對(duì)棉花發(fā)育期快速準(zhǔn)確的自動(dòng)識(shí)別，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明應(yīng)用于農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)領(lǐng)域，具體涉及圖像分類、目標(biāo)檢測(cè)、圖像分割等計(jì)算機(jī)視覺與數(shù)字圖像處理技術(shù)。該方法根據(jù)農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)站所拍攝的棉花作物圖像，通過檢測(cè)和識(shí)別圖像中的特征計(jì)算出對(duì)應(yīng)的發(fā)育期。實(shí)現(xiàn)了對(duì)該圖像中棉花作物發(fā)育期的自動(dòng)識(shí)別。

背景技術(shù)

農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)是農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)、服務(wù)和科研的基礎(chǔ)，對(duì)保障我國(guó)作物安全具有重要意義。發(fā)育期作為作物主要生長(zhǎng)信息之一，是農(nóng)業(yè)氣象領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)。通過分析作物的發(fā)育速度和進(jìn)程等情況，可以得到各發(fā)育期與氣象條件之間的關(guān)系，進(jìn)而為農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)服務(wù)。傳統(tǒng)的發(fā)育期觀測(cè)需要人工根據(jù)田間作物的發(fā)育期形態(tài)等特征進(jìn)行發(fā)育期判斷，簡(jiǎn)單易行、觀察全面，但個(gè)人主觀性強(qiáng)、人力成本高、效率低、無法連續(xù)觀測(cè)。而作物發(fā)育期的自動(dòng)化觀測(cè)，可以客觀的掌握作物生長(zhǎng)狀況，及時(shí)開展農(nóng)事活動(dòng)和現(xiàn)代化農(nóng)田管理，從而提高工作效率、增強(qiáng)觀測(cè)資料的客觀性、減少人為誤差。以達(dá)到增加產(chǎn)量、減少投入、保護(hù)農(nóng)業(yè)資源的目的。

本發(fā)明中用于觀測(cè)的棉花圖像由新疆烏蘭烏蘇農(nóng)業(yè)氣象站提供，有2016和2017年兩次完整的棉花生長(zhǎng)發(fā)育的觀測(cè)圖片，并給出了人工觀測(cè)的發(fā)育期標(biāo)注。圖像采用固定相機(jī)拍攝，將相機(jī)固定在4米高的支架上對(duì)下面的棉花進(jìn)行俯拍，一經(jīng)安裝，相機(jī)的高度俯角等不再變化，相機(jī)每天在固定的時(shí)間進(jìn)行自動(dòng)拍照。2016年圖像分辨率為5184*3450像素，2017年圖像分辨率為2592*1728像素。2016年共有圖片972張，2017年共有觀測(cè)圖片948張。拍攝實(shí)際圖片如圖1所示。

根據(jù)農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)規(guī)范對(duì)棉花各個(gè)發(fā)育期的定義如下：

出苗期：幼苗出土，兩片子葉展開。

三真葉期：從主莖頂端出現(xiàn)完全展開的第三片真葉。

五真葉期：從主莖頂端出現(xiàn)完全展開的第五片真葉。

現(xiàn)蕾期：植株最下部果枝第一果節(jié)出現(xiàn)三角塔形花蕾。

開花期：植株下部果枝有花朵開放。

開花盛期：植株第4果枝上有花朵開放。

裂鈴期：植株上出現(xiàn)正常開裂的棉鈴，可見到棉絮。

吐絮期：植株上出現(xiàn)完全張開的棉鈴，棉絮外露呈松散狀態(tài)。

吐絮盛期：棉株第4果枝上有棉鈴?fù)滦酢?/p>

停止生長(zhǎng)期：棉株幼嫩部分不再繼續(xù)生長(zhǎng)或呈凋萎狀態(tài)。

根據(jù)人工標(biāo)注的結(jié)果，本發(fā)明對(duì)相應(yīng)發(fā)育期的觀測(cè)圖像進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)許多時(shí)期并不能嚴(yán)格的觀測(cè)到農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)規(guī)范定義的特征。例如受圖像分辨率限制，出苗期并不能很好的觀測(cè)到兩片完整展開的子葉，如圖2所示。現(xiàn)蕾期棉花植株間出現(xiàn)遮擋，幾乎看不到植株最下部果枝第一果節(jié)出現(xiàn)三角塔形花蕾，如圖3所示。