[發(fā)明專利]基于SFM點云深度的盆栽玉米雜草快速去除方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910094708.0
• 申請日: 2019-01-22
• 公開（公告）號: CN109859099A
• 公開（公告）日: 2019-06-07
• 發(fā)明（設計）人: 梁秀英;周風燃;楊萬能;陳歡;盧少志;王康;吳迪;張?zhí)旌?/a>
• 申請（專利權）人: 華中農業(yè)大學
• 主分類號: G06T3/00
• 分類號: G06T3/00;G06T7/194;G06T7/593;G06T17/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種基于SFM點云深度的盆栽玉米雜草快速去除方法。該方法編寫了基于SFM點云深度的盆栽玉米雜草快速去除方法的算法。待分割的混有雜草盆栽玉米圖像首先經(jīng)過運動恢復結構(SFM)三維重建生成三維點云數(shù)據(jù)，然后進行相關點云預處理，根據(jù)盆栽玉米植株和雜草三維點云深度方向的差異，用Point Cloud Library(PCL)設置深度閾值將雜草去除，最后將去除雜草后的三維點云數(shù)據(jù)進行投影，得到二維去除雜草后的玉米植株圖片。該方法能克服目標植株與其它背景因顏色差別不大或者有連通的傳統(tǒng)圖像處理方法不好分割或者分割效果不好的缺點?？赏茝V運用于所有具有深度差異的前景與背景的分割，相比傳統(tǒng)圖像處理技術而言，具備分割效果好、適用性強的技術優(yōu)勢。

技術領域

本發(fā)明屬于農業(yè)自動化領域，具體涉及玉米表型參數(shù)自動化測量，尤其涉及一種基于SFM點云深度的盆栽玉米雜草快速去除方法。

背景技術

玉米是我國第一大糧食作物。高產(chǎn)一直是玉米育種與栽培的重要目標之一。玉米的株高、莖粗和投影面積跟玉米的產(chǎn)量有著密切的關系，而傳統(tǒng)的基于二維圖像處理的測量玉米株高、莖粗和投影面積在有雜草的情況下會導致測量的偏差，因此，雜草的精確去除，是提取玉米特征性狀，實現(xiàn)玉米表型自動化測量的關鍵步驟。不同栽培環(huán)境下的雜草的顏色、大小、形狀、姿態(tài)、紋理等存在較大差異，視圖圖片中玉米植株與雜草間互相遮擋，兩者的RGB顏色信息非常接近，光照不均勻且不斷變化，這些因素使得在盆栽玉米中精確的去除雜草完整的分割出玉米植株成為一個非常困難的問題。

耿蕊等(2018)通過基于MATLAB的圖像理解和圖像分析，根據(jù)雜草的特征(形狀、光譜特征、紋理)識別雜草和作物，該方法雖然有效的能識別農作物間的雜草進行去除，但會出現(xiàn)過去除和欠去除雜草的情況，造成誤差。顏秉忠(2018)通過一種基于機器視覺的玉米苗期雜草識別方法，采集的圖片經(jīng)過畸變矯正、HSI顏色空間轉換和閾值分割后，根據(jù)形狀和顏色特征提取并識別雜草，該方法對雙子葉雜草較為有效，對單子葉雜草存在一定程度的誤判。紀壽文等(2001)人采用雙峰法濾除土壤背景，根據(jù)葉長、葉寬和投影面積識別了玉米苗期田間雜草，并根據(jù)雜草投影面積確定了雜草密度，研究結果表明，該方法可以有效地識別出玉米苗期田間單子葉雜草。王路軍等(2016)提出了從整體植株來提取特征并用BP神經(jīng)網(wǎng)絡進行識別雜草的算法，實驗結果表明該算法的雜草識別精度很高，不足之處是前期所要做訓練測試時間較長。

運動恢復結構(SFM)是基于圖像序列的三維重建方法的一種，它能通過一系列圖像系列真實的、比較精確的重建出當時的場景，為相關研究人員提供了與真實情況一樣的三維點云模型，方便后期性狀的提取與研究。

發(fā)明內容

(一)要解決的技術問題

為了解決傳統(tǒng)二維圖像處理很難非常好的從連通有玉米植株和綠色雜草中把玉米植株完整的分割出來這一問題，本發(fā)明提供了一種基于SFM點云深度的盆栽玉米雜草快速去除方法，從而實現(xiàn)在復雜雜草環(huán)境下的玉米植株多品種全生育期的完整分割。

(二)技術方案

本發(fā)明為了解決其技術問題所采用的技術方案，提供了一種基于SFM點云深度的盆栽玉米雜草快速去除方法，該方法的總體技術流程見圖1。

一種基于SFM點云深度的盆栽玉米雜草快速去除方法，其特征在于，包括：

步驟A，將獲取的盆栽玉米的二維頂視圖像導入到VisualSFM軟件中，重建出玉米植株的三維點云數(shù)據(jù)；

步驟B，將重建出來的玉米點云數(shù)據(jù)進行體素柵格下采樣，統(tǒng)計學去噪，坐標變換和尺度校正等預處理，以便于后續(xù)三維點云的處理；

步驟C，基于三維深度的算法對點云數(shù)據(jù)進行雜草快速分割并去除；

步驟D，將分割后的去草三維玉米點云往地面進行投影，獲得二維圖片；

更具體地，步驟B中玉米三維點云的預處理，具體流程包括4個步驟：