[發明專利]一種基于作物冠層航拍俯視圖的甘蔗株數自動識別方法

在審

• 申請號: 201811487764.2
• 申請日: 2018-12-06
• 公開（公告）號: CN109684938A
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發明（設計）人: 李修華;王麗佳;王策;曹雅楠;李婉
• 申請（專利權）人: 廣西大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/34;G06K9/62
• 代理公司: 廣西南寧明智專利商標代理有限責任公司 45106
• 代理人: 林興寧;陳忠良

1.一種基于作物冠層航拍俯視圖的甘蔗株數自動識別方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟A：采用無人機航拍的形式采集田間甘蔗作物的冠層俯視彩色圖像，并對圖像中蔗葉的正俯視部分進行剪切處理，獲得目標原圖；

步驟B：對目標原圖進行處理，得到蔗葉白經初步分割后的二值圖；

步驟C：對步驟B得到的二值圖進行背景噪聲及雜質處理；

步驟D：對經步驟C處理好的二值圖進行去毛刺處理；

步驟E：對經步驟D處理好的二值圖中同根斷裂的白經進行斷經重連操作，并剔除較短的白經，得到較為干凈的白經提取圖；

步驟F：從步驟E得到的白經提取圖中提取蔗葉白經的端點，得到端點提取圖；

步驟G：在端點提取圖的基礎上，依據株心區域端點密集程度，進行DBSCAN聚類并計算各類株心區域的平均值近似作為株心坐標并統計坐標個數即為株數。

2.根據權利要求1所述的甘蔗株數自動識別方法，其特征在于，所述步驟B具體包括：

步驟B1：對目標原圖依次進行灰度化處理和形態學操作，分別得到初始灰度圖像和背景圖(無白經)；

步驟B2：對初始灰度圖與背景圖(無白經)進行圖像減法操作，得到灰度圖；

步驟B3：尋找灰度圖的最佳分割閾值，進行二值化處理得到蔗葉白經初步分割后的二值圖。

3.根據權利要求1所述的甘蔗株數自動識別方法，其特征在于，所述步驟C具體包括：

步驟C1：對二值圖依次進行骨架細化處理、去噪處理、孔洞剔除處理；

步驟C2：對二值圖中各連通域進行輪廓追蹤處理，得到連通域的最小外接矩形；

步驟C3：判斷各連通域是否是蔗葉的白經，若不是，則刪除該連通域；若是，則保留該連通域。

4.根據權利要求1所述的甘蔗株數自動識別方法，其特征在于，所述步驟D具體包括：

步驟D1：對經步驟C處理好的二值圖分類標記出圖像中的邊界點和端點、分岔點和交叉點；

步驟D2：檢查每個端點和邊界點，統計端點或邊界點到其所在連接分支上最近的分叉點或交叉點的長度，即為該端點或邊界點對應的毛刺長度；

步驟D3：刪除毛刺長度閾值小于設定值len1的毛刺。

5.根據權利要求1所述的甘蔗株數自動識別方法，其特征在于，所述步驟E具體包括：

步驟E1：對經步驟D處理好的二值圖判斷各連通域是否是白經區域(白經常為一段平滑的曲線)，若是白經區域，則對白經區域的端點和區域中間點進行標記，再進行一次曲線擬合處理；若不是，則不作處理；

步驟E2：對需連接的白經的端點進行篩選；

步驟E3：確定可連接曲線的唯一性：每條參考曲線至多只有一條曲線可連接，從待連接的曲線左端點中選擇與之對應的參考曲線右端點之間歐氏距離最小的端點；

步驟E4：對提取出的斷裂白經的端點對在二值圖中進行斷經重連；

步驟E5：剔除長度閾值小于設定值len2的白經，得到較為干凈的白經提取圖。

6.根據權利要求5所述的甘蔗株數自動識別方法，其特征在于，所述步驟E1的具體步驟為：

步驟E11：判斷各連通域是否是白經區域，若是，則存儲該連通域的所有坐標，并標記白經的左端點(X_0L,Y_0L)和右端點(X_0R,Y_0R)；若不是，則不作處理；

步驟E12：將各白經的連通域的坐標按照主趨勢方向的坐標進行降序排列，并存儲白經上中間點的坐標；其中，若|X_0L-X_0R|≥|Y_0L-Y_0R|，則該白經的主趨勢方向為行方向；否則，為列方向；

步驟E13：對各白經的連通域進行一次曲線擬合。

7.根據權利要求5所述的甘蔗株數自動識別方法，其特征在于，所述步驟E2的具體步驟為：

步驟E21：曲線位置判斷：待檢測曲線位于參考曲線的右下方向或者右上方向，即待檢測曲線位于參考曲線的延伸方向上；

步驟E22：確定待比較的兩條曲線的斜率同號且波動范圍在設定閾值k_vary內：

k_ref，k_test分別為參考曲線和待檢測曲線的一次曲線擬合斜率，即滿足：

k_ref×k_test>0且

步驟E23：確定參考曲線與待檢測曲線兩者的長度和(像素和)在設定范圍p_min～p_max內，以防止連接的曲線過短或過長，與實際白經長度不符；

步驟E24：使兩曲線的中點連線的斜率與兩曲線的擬合斜率近似，若參考曲線中點與待檢測曲線中點連接后線段的斜率為k_mid，則滿足：

步驟E25：使參考曲線右端點與待檢測曲線左端點的連線所得到新線段的斜率與參考曲線的擬合斜率同號；

步驟E26：若參考曲線右端點與待檢測曲線左端點的歐氏距離小于設定閾值d_min，則將該待檢測曲線的左端點存儲到對應參考曲線右端點的待連接端點對中。