[發明專利]一種基于數字圖像處理技術的花粉檢測方法

有效

• 申請號: 202110008965.5
• 申請日: 2021-01-05
• 公開（公告）號: CN112669304B
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發明（設計）人: 王萍;林必藝;侯謹毅
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/13;G06T7/136;G06T7/187;G06V20/69
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 琪琛

1.一種基于數字圖像處理技術的花粉檢測方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

1)圖像的預處理：對顯微鏡采集的原始圖像進行灰度化，得到灰度圖像；

2)連通區域獲取：對得到的灰度圖像進行邊緣檢測和霍夫梯度圓檢測，得到霍夫檢測圓圓心坐標集合，以每一個圓心作為生長種子點進行區域生長，得到連通區域集合；

3)連通區域特征計算與篩選：計算連通區域集合中每一個連通區域的特征，計算特征進行連通區域篩選，通過篩選的連通區域認為是檢測到的花粉；

所述步驟3)連通區域特征計算與篩選包括以下步驟：

(1)計算連通區域e_i的上下邊界和左右邊界，通過邊界計算得到外包矩形長寬比f_i；

(2)計算連通區域e_i的像素點的個數，個數數值為連通區域面積值s_i；

(3)計算連通區域e_i的外包圓的面積值s_ci，計算連通區域面積值s_i和外包圓的面積值s_ci的比值，得到該連通區域的圓形度特征g_i；

(4)計算連通區域的外包圓圓心坐標c_wi，外包圓半徑r_ci，計算連通域所有輪廓點到外包圓圓心c_wi的距離；通過公式(3)和公式(4)，計算距離上限r_maxi和距離下限r_mini；計算距離外包圓圓心坐標c_wi的距離在距離上限r_maxi和距離下限r_mini之間的輪廓點數量占比，該占比為有效輪廓占比h_i；

r_maxi＝r_ci*1.2 (3)

r_mini＝r_ci*0.8 (4)

(5)將連通區域e_i徑向展開得到徑向展開圖像z_i；花粉圖像中，與中心距離相近的各個像素點之間的顏色差異較小，雜質圖像中，與中心距離相近的各個像素點之間的顏色差異相對較大；將連通區域e_i進行徑向展開，使用徑向展開圖像z_i水平方向的線段的方差值，來評估被展開連通區域e_i的顏色差異信息；展開圖像的計算方式為，選定一個展開中心點，由內向外將各個圓周拉伸為徑向展開圖像z_i上的一個線段；z_i上坐標為(x_z,y_z)的像素點的像素值計算方式為，將其代入到公式(5)和公式(6)中，得到其在被展開的連通區域e_i的映射像素點的坐標(x_s,y_s)，取該映射像素點的像素值，作為展開圖像坐標為(x_z,y_z)的像素點的像素值，坐標(x_s,y_s)為非整數時，使用雙線性插值，取近似值作為映射像素點的像素值；

x_s＝x_z*cos(π*y_z/r_ci) (5)

y_s＝x_z*sin(π*y_z/r_ci) (6)

得到展開圖像后，分別計算展開圖像中端點為(r_ci/2,-r_ci)，(r_ci/2,r_ci)以及端點為(r_ci/3,-r_ci)，(r_ci/3,r_ci)兩條線段的像素點的方差值；兩條線段方差值的平均值為平均橫線波動率j′_i；

(6)計算修正平均橫向波動率j_i；連通區域e_i選取不同展開中心得到的平均橫向波動率j′_i不同，通過迭代的方式修正展開；初始時以外包圓圓心坐標c_wi作為當前展開中心c_zi；分別計算當前展開中心c_zi及其四個連通點為展開中心，對應的平均橫向波動率；將平均橫向波動率最小的點作為修正后的當前展開中心c_zi；不斷重復修正步驟，直到修正后的當前展開中心c_zi對應的平均橫線波動率，小于其四連通方向上的四個連通點對應的平均橫向波動率，完成當前展開中心的修正；完成修正后，當前展開中心c_zi對應的平均橫向波動率，記為連通區域的平均橫向波動率特征j_i；

(7)對于每一個連通區域e_i，根據特征向量k_i＝(f_i,s_i,g_i,h_i,j_i)綜合判斷是否為花粉圖像；如果外包矩形長寬比f_i2，連通區域面積值100s_i1300，圓形度特征g_i0.62，有效輪廓占比h_i0.6，修正平均橫向波動率j_i200，則判定該連通區域為花粉圖像；

(8)將所有判定為花粉圖像的連通區域e_i的外包矩形在原始圖像中進行標注；判定為花粉圖像的連通區域e_i的數量為檢測的花粉數量。