[發明專利]基于飽和度分割的葉面積圖像測量方法

在審

• 申請號: 202011051069.9
• 申請日: 2020-09-29
• 公開（公告）號: CN112435290A
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發明（設計）人: 李秋潔;袁鵬成;楊遠明
• 申請（專利權）人: 南京林業大學
• 主分類號: G06T7/62
• 分類號: G06T7/62;G06T7/11;G06T7/136;G06T7/187;G06T5/00
• 代理公司: 北京思創大成知識產權代理有限公司 11614
• 代理人: 高爽

本發明提供一種基于飽和度分割的葉面積圖像測量方法，該方法包括以下步驟：S1、拍攝葉片圖像發送至處理器；S2、處理器執行如下運算，根據葉片圖像背景上的矩形標定框坐標對所述葉片圖像進行透視畸變校正；S3、將透視畸變校正后的圖像像素由RGB顏色空間變換到HSI顏色空間，采用混合閾值法對圖像的飽和度分量進行閾值分割；S4、對分割后的二值圖像進行連通域分析，提取形狀特征區分葉片區域和標準塊區域，統計葉片區域像素個數與標準塊區域像素個數的比值，根據標準塊實際面積獲取葉片實際面積。本發明的成本較低、容易操作，能夠適應低光照、不均勻光照和傾斜拍攝等復雜拍攝環境。

技術領域

本發明涉及葉面積測量技術領域，尤其是基于圖像處理的葉面積測量，具體地說是一種利用圖像飽和度進行葉片分割的葉面積測量方法。

背景技術

葉片是農作物生產有機養料及光合作用的主要部分，其大小是衡量作物長勢、產量的重要指標，也是農作物病蟲害檢測與培育管理的主要依據，因此，快速、準確地測量植物葉面積在現代化農業生產中具有重要意義。

傳統葉面積測定方法有方格法、復印稱重法、回歸方程法、葉面積儀測量法等。方格法與復印稱重法精度較高，但操作復雜，回歸方程法操作簡單，但精度不高，葉面積儀成本較高。隨著計算機技術的發展，基于圖像處理的葉面積測量的方法得到了迅速的發展，廣泛應用于水稻、小麥、玉米等農作物的葉面積測量及經濟林的葉面積測量。近年來，研究者們將葉面積圖像測量方法與智能手機結合，具有測量方式靈活、準確快速、操作簡單及便于攜帶等優點。

從圖像中分割出葉片是葉面積測定的關鍵步驟，已有方法主要采取以下兩種手段：(1)通過在RGB、YCbCr等顏色空間檢測綠色像素來提取葉片區域。；(2)將圖像灰度化后采用閾值法、分水嶺等圖像分割算法提取葉片區域。但是，上述方法對拍攝光照環境要求較高，不能適用于低光照、不均勻光照等復雜拍攝環境。

發明內容

本發明的目的是針對復雜拍攝環境下的圖像葉面積測量問題，本發明提出一種基于飽和度分割的圖像葉面積測量方法，在低照度、存在光斑陰影時能夠穩定地提取葉片區域，同時，通過透視畸變校正實現一定角度范圍內的傾斜拍攝。

本發明的技術方案是：

本發明提供一種基于飽和度分割的葉面積圖像測量方法，該方法包括以下步驟：

S1、拍攝葉片圖像發送至處理器；

S2、處理器執行如下運算，根據葉片圖像背景上的矩形標定框坐標對所述葉片圖像進行透視畸變校正；

S3、將透視畸變校正后的圖像像素由RGB顏色空間變換到HSI顏色空間，采用混合閾值法對圖像的飽和度分量進行閾值分割；

S4、對分割后的二值圖像進行連通域分析，提取形狀特征區分葉片區域和標準塊區域，統計葉片區域像素個數與標準塊區域像素個數的比值，根據標準塊實際面積獲取葉片實際面積。

進一步地，S1具體為：在白色背景紙上繪制矩形標定框，在矩形標定框內放置綠色正方形標準塊；將葉片放入矩形框內拍攝，注意不要遮擋標準塊。

進一步地，S2具體為：

S2-1、選擇原圖即畸變圖像中矩形標定框的4個頂點，獲取其坐標

S2-2、采用下述公式對畸變圖像進行透視畸變校正，將畸變圖像中矩形標定框的4個頂點與校正圖像4個頂點一一對應，獲取單應性矩陣T：

其中：(x，y)表示校正圖像像素坐標；(X，Y)表示畸變圖像像素坐標，a、b、c、d、e、f、g、h表示單應性矩陣中的參量；