[發(fā)明專利]一種玉米葉片圖像氮含量自動(dòng)建模方法及裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011346660.7
• 申請(qǐng)日: 2020-11-26
• 公開（公告）號(hào): CN112348805A
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫磊;郝建軍;馬璐萍;索雪松;范曉飛;紀(jì)朋濤;張?jiān)鲁?/a>
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T7/00
• 分類號(hào): G06T7/00;G06T7/10;G06T7/90;G06K9/46;G01N21/84
• 代理公司: 北京科億知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11350
• 代理人: 李興林

1.一種玉米葉片圖像氮含量自動(dòng)建模方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、在適宜的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中，進(jìn)行玉米營養(yǎng)液培養(yǎng)，控制其他營養(yǎng)元素保持一致，氮素施以不同劑量，以求玉米葉片因氮含量不一樣而呈現(xiàn)不同表型特性，按此方法進(jìn)行大量種植，以求獲得大量樣本以增加建模準(zhǔn)確度，并對(duì)培養(yǎng)箱進(jìn)行編號(hào)以方便后期輸入輸出量對(duì)應(yīng)；

S2、樣本采集；

S3、自動(dòng)預(yù)處理；

S4、自動(dòng)建模。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種玉米葉片圖像氮含量自動(dòng)建模方法，其特征在于，所述根據(jù)S2操作步驟中，樣本采集：分別在苗期，拔節(jié)期，大喇叭口期等不同玉米生長時(shí)期采集不同培養(yǎng)液種植的玉米葉片樣本，按編號(hào)順序置于載物臺(tái)上，用上位機(jī)控制相機(jī)進(jìn)行拍照，光源強(qiáng)度自動(dòng)變化，模擬自然界光照強(qiáng)弱變化以方便所建模型應(yīng)用時(shí)，傍晚或正午等各種光照強(qiáng)度下均可得到較為準(zhǔn)確輸出結(jié)果，由弱到強(qiáng)10個(gè)檔位，每個(gè)檔位相機(jī)自動(dòng)進(jìn)行拍照，得到圖像樣本存入上位機(jī)，玉米葉片樣本采用化學(xué)方法進(jìn)行氮含量檢測(cè)，所得結(jié)果按照序號(hào)順序?qū)肷衔粰C(jī)電腦，以方便與圖像樣本對(duì)應(yīng)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種玉米葉片圖像氮含量自動(dòng)建模方法，其特征在于，所述根據(jù)S3步驟中，還包括以下步驟：

S301、將S2中保存入上位機(jī)的圖像，由于是按照順序進(jìn)行拍照，且每個(gè)樣本拍照時(shí)均為由弱到強(qiáng)10檔光強(qiáng)依次拍照，因而保存的圖片按照順序自動(dòng)排列好；

S302、程序?qū)D像進(jìn)行批量預(yù)處理：純白色載物臺(tái)在顏色上與玉米葉片具有較好區(qū)分度，因而自動(dòng)提取圖片中的玉米葉片部分，并對(duì)圖像按照統(tǒng)一大小進(jìn)行歸一化，所得圖片按順序批量保存。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種玉米葉片圖像氮含量自動(dòng)建模方法，其特征在于，所述根據(jù)S4步驟中，還包括以下步驟：

S401、將化學(xué)檢測(cè)得到的氮含量結(jié)果按序號(hào)順序保存導(dǎo)入上位機(jī)電腦；

S402、對(duì)S302中得到的歸一化圖片，提取以下4個(gè)數(shù)字量：平均灰度值、三分量均值、三分量標(biāo)準(zhǔn)差和三分量變異系數(shù)；

S403、采用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行建模，在卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型最后一層進(jìn)行改造，使目標(biāo)函數(shù)不是基于回歸的值，而是經(jīng)過處理后得到的基于輸出向量分類概率分類類目的值，因而實(shí)現(xiàn)回歸預(yù)測(cè)；

S404、所得到模型為均為10個(gè)光照強(qiáng)度檔位不同輸入對(duì)應(yīng)同一輸出，因此在應(yīng)用時(shí)，不同光照強(qiáng)度所拍照片，均能得到較為準(zhǔn)確的氮含量值。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種玉米葉片圖像氮含量自動(dòng)建模方法，其特征在于，根據(jù)S402中的提取方法為：一張玉米葉片圖像是具有3通道的rgb顏色圖像，其大小為6＊6＊3，卷積核的大小為3＊3即具有3個(gè)顏色通道的卷積核，生成一個(gè)4＊4大小的特征圖，對(duì)rgb圖進(jìn)行灰度化以得到玉米葉片的平均灰度值，此時(shí)轉(zhuǎn)換為單通道的卷積核，從而得到平均灰度值、三分量均值、三分量標(biāo)準(zhǔn)差和三分量變異系數(shù)。

6.一種玉米葉片圖像氮含量自動(dòng)建模裝置，其特征在于，使用了根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的一種玉米葉片圖像氮含量自動(dòng)建模方法，包括：暗室(1)和上位機(jī)(3)，所述暗室(1)的正表面開設(shè)有出口(2)，所述暗室(1)內(nèi)壁的頂部固定安裝有CCD相機(jī)(6)，所述暗室(1)內(nèi)壁的頂部固定安裝有兩個(gè)平行對(duì)稱的可變光強(qiáng)復(fù)合光源(7)，所述暗室(1)內(nèi)壁的底部固定安裝有固定臺(tái)(8)，所述固定臺(tái)(8)的頂部滑動(dòng)連接有純白載物臺(tái)(9)，所述純白載物臺(tái)(9)的左側(cè)焊接有螺紋筒(10)，所述螺紋筒(10)的內(nèi)部螺紋連接有絲杠(11)，所述絲杠(11)的后表面焊接有電機(jī)(12)，所述純白載物臺(tái)(9)的右側(cè)焊接有限位筒(5)，所述限位筒(5)的內(nèi)部滑動(dòng)連接有限位桿(13)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種玉米葉片圖像氮含量自動(dòng)建模裝置，其特征在于：兩個(gè)所述可變光強(qiáng)復(fù)合光源(7)傾斜角度呈45°，所述螺紋筒(10)內(nèi)壁的螺紋與絲杠(11)外表面的螺紋相嚙合。