[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

本發明提供了一種基于作物冠層航拍俯視圖的甘蔗株數自動識別方法，其以無人機于自然光條件下俯視拍攝的田間甘蔗冠層圖像為研究對象，采用數字圖像處理技術對其進行田間復雜背景的去除以及蔗葉白經的初步提取；通過連接同根斷裂的白經后提取白經的端點得到白經的端點分布圖，最后依據株心區域端點密集的分布特性利用DBSCAN聚類算法從白經的端點圖中識別甘蔗株心；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，由此實現對田間甘蔗株數自動識別。采用本方法對田間甘蔗進行計數，靈活性高，精度好，實施成本低，可有效減少人為主觀因素造成的統計錯漏，并提高甘蔗早期植株數量的自動化檢測程度。

技術領域

本發明涉及一種甘蔗株數自動識別方法，具體是一種基于作物冠層航拍俯視圖的甘蔗株 數自動識別方法，屬于數字圖像處理、圖像分割和機器視覺技術領域。

背景技術

甘蔗是世界重要的糖料作物。甘蔗栽培學認為，合理的種植規格可促使水肥光熱等生態 因素合理分配，從而獲得更高的產量與更優的品質。因此，獲取田間的甘蔗植株數量對于優 化不同甘蔗品種的種植密度、預測產量具有重要意義。目前甘蔗計數的主要方式仍然是基于 人工實地統計，即在甘蔗收獲之前通過人工田間目測計數或抽樣的方式進行數量估測，這種 計數方法費時費力、效率低下，且人工田間計數這種侵入式的計數方法對于田間環境具有破 壞性。另外由于每株甘蔗分孽的數目不同且甘蔗株與株之間距離緊湊，這種計數方法容易產 生視覺疲勞，易出錯。

目前，基于圖像處理技術進行目標物的數量統計，國內外學者們對此方面的研究有很多， 但基本上都是針對規則目標物的計數研究，比如種子、蘋果、柑橘、火龍果等，此類目標物 具有簡單的結構、規則的形狀以及較少的重疊的特點。而對于甘蔗這種具有不同的姿態、重 疊和難以分割的非規則目標物的計數方法的研究則相對較少，且大多為基于遙感圖像預測甘 蔗產量，實施成本高。因此需要開發一種針對甘蔗植株的方便、無損、高效的計數方法，以 為后期甘蔗品質及產量的預測提供技術支持。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于作物冠層航拍俯視圖的甘蔗株數自動識別方法，其采用航 拍無人機高空正俯視拍攝甘蔗的冠層圖像，利用甘蔗植株冠層蔗葉有由株心向四周發散的趨 勢且葉片中間的白經明顯的特點，通過對圖像的處理提取甘蔗葉中間清晰的白經，并尋找白 經的發散中心點近似替代甘蔗的株心，由此實現甘蔗株數的自動識別，從而為田間甘蔗的計 數方式提供了一種更好的選擇。

本發明的具體技術方案如下：

一種基于作物冠層航拍俯視圖的甘蔗株數自動識別方法，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，統計坐標個數即為株數。

進一步的，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；