[發明專利]一種采用平行線取樣的田間紅提葡萄整體成熟度檢測方法

在審

• 申請號: 201911336918.2
• 申請日: 2019-12-23
• 公開（公告）號: CN111199192A
• 公開（公告）日: 2020-05-26
• 發明（設計）人: 李振波;郭若皓;陳雅茹;李萌;岳峻
• 申請（專利權）人: 中國農業大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/62;G06K9/32
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

1.一種采用平行線取樣的田間紅提葡萄整體成熟度的檢測方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)采集紅提葡萄不同成熟度下的原始圖像；

(2)對采集到的原始圖像進行預處理；

(3)對預處理后的樣本圖片進行圖像增強操作，以擴充訓練樣本；對圖像進行水平翻轉和上下翻轉；對圖像進行仿射變換，包括平移、縮放和旋轉；對圖像進行光照調節，使得圖像變得更暗；

(4)利用先驗知識對擴充后的訓練樣本進行人工標注；

(5)使用標注后的樣本文件建立PASCAL-VOC2007格式的數據集；

(6)利用建立好的數據集訓練Faster-RCNN檢測網絡，獲取葡萄成熟度的分類檢測模型；

(7)輸出并保存葡萄成熟度的分類檢測模型；

(8)利用訓練后的模型進行檢測，以矩形框的形式自動標記葡萄位置；

(9)統計三種類別葡萄的個數，利用下列公式計算葡萄的成熟度：Maturity＝(α1*n1+α2*n2+α3*n3)/N,其中Maturity為因變量，代表葡萄的成熟度；α1、α2和α3為常系數，分別代表綠色葡萄的成熟度權重、紅色葡萄的成熟度權重和萎蔫葡萄的成熟度權重，分別取值為0、0.5和1；n1、n2和n3為自變量，分別代表綠色葡萄的個數、紅色葡萄的個數和萎蔫葡萄的個數；另外N＝n1+n2+n3，N表示檢測到的葡萄總數；

(10)根據葡萄成熟度的計算結果，設置成熟度區間閾值，判斷結果所在區間，對區間進行劃分；對落在不同成熟度區間內的葡萄園區提出合理化建議；對不同區間分配不同處理任務，輔助葡萄園區人員做出合理化決策；

(11)采用平行線取樣法對果園中的葡萄進行圖像采集，在每隔10列葡萄樹的間隙處架設相機滑動導軌；設置滑塊滑動時間和相機拍攝延遲時間，配合相機抓拍功能，對葡萄樹進行圖像采集；

(12)對平行線取樣法采集到的圖片進行預處理；步驟和處理內容與上述步驟(2)完全一致；是針對遮擋部分的葡萄串，不予考慮；針對只拍攝到背景的圖片，不予處理；

(13)利用步驟(7)保存的檢測模型對圖片進行成熟度的檢測；利用步驟(9)的成熟度計算公式判定園區內全部葡萄的綜合成熟度；利用步驟(10)對落在不同成熟度區間內的葡萄園區提出合理化建議。

2.根據權利要求1所述采用平行線取樣的田間紅提葡萄整體成熟度的檢測方法，其特征在于，所述步驟(2)原始圖像進行預處理是將原始圖像的格式轉換為JPG，并統一圖像的位深度為24，寬度為500像素，高度為375像素；對轉換后的圖像使用高斯濾波器進行濾波處理，去除葡萄表面可能存在的斑點噪聲；對圖像進行人工規則分幅裁剪，使用矩形框截取只包含紅提葡萄果實的部分，獲取ROI(region of interest，感興趣區域)；利用ACE(自適應對比度增強)方法對ROI進行對比度增強，提高視覺效果，提升圖像檢測效果。

3.根據權利要求1所述采用平行線取樣的田間紅提葡萄整體成熟度的檢測方法，其特征在于，所述步驟(4)的具體操作是對增強后的圖像進行先驗知識的人工標注，利用矩形框框選出所有單顆葡萄，單顆葡萄類型共有三種，即：grape1、grape2和grape3，分別代表單顆綠色的未成熟葡萄、單顆紅色的成熟葡萄和單顆萎蔫葡萄即熟透爛掉葡萄；標注完由經驗豐富的果園管理人員進行逐一復核；最終每張圖片均生成對應的XML文件。

4.根據權利要求1所述采用平行線取樣的田間紅提葡萄整體成熟度的檢測方法，其特征在于，所述步驟(5)使用標注后的樣本文件建立PASCAL-VOC2007格式的數據集；PASCAL-VOC2007格式的數據集的一級目錄包括三個文件夾：Annotations、ImageSets和JPEGImages，Annotations文件夾用于存放標注后的XML文件，ImageSets文件夾包括訓練和測試用到的TXT文件，JPEGImages文件夾用于存放圖像增強后的JPG圖片；利用該數據集生成YOLOv3所需的train.txt文件、val.txt文件和test.txt文件。