基于Mean-shift和提升小波变换的棉花叶片边缘的图像检测

该文提出了一种基于Mean-shift和提升小波变换的具有复杂背景的棉花叶片边缘检测算法。该方法首先用Mean-shift算法对彩色图像进行平滑,然后对平滑后的图像进行提升小波变换,以将平滑后的图像进行灰度增强。最后基于Canny算子对图像进行边缘检测。该算法能有效减少非边缘噪声,并且能够有效提取相互重叠叶片的边缘。与传统边缘检测方法边缘检测结果进行对比,该方法能够更加鲁棒地提取复杂背景下的重叠叶片边缘,其有效性和准确性是很明显的。     

基于光切法的葡萄硬枝嫁接切削面粗糙度图像检测算法

为了实现葡萄硬枝嫁接苗木切削面粗糙度的检测,该文基于光切法测量原理,搭建了切削面粗糙度图像检测系统,研究了特征提取的图像检测算法。为获取较长的取样长度,采用了图像拼接技术,并提出了一种自动制取匹配模板的方法,拼接算法测试结果表明:每多拼接一幅粗糙度特征图像,运行时间平均增加1.104 s,取样长度平均增加1 131.77μm;采用了模糊集合理论对拼接后的粗糙度特征图像进行灰度变换,可以有效保证图像分割后单侧边缘的完整;采用了人机交互的方式对粗糙度特征二值图像像素进行区域操作,可以滤除因切削面自身含有的导管腔、管胞腔而导致的缺陷轮廓,从而提高粗糙度计算的准确度;提出了一种逐列遍历图像提取单侧边缘的方法,通过对单侧边缘进行计算,可以得到粗糙度高度参数Ra与Rz的值。将该粗糙度图像检测算法与基恩士VK-X200形状测量激光显微系统进行了粗糙度检测对比试验,结果表明,该文提出的粗糙度图像检测算法测得Ra的相对误差为6.73%,在测量误差允许范围内,该文基于光切法测量原理的图像检测算法,用于检测葡萄硬枝嫁接苗木切削面粗糙度,具有较高的精度和良好的可行性,为进一步研究切削参数对切削面粗糙度以及对苗木嫁接成活率的影响提供了技术支撑。     

基于图像特征点粒子群聚类算法的麦田作物行检测

为了快速准确地提取麦田作物行中心线,提出了基于图像特征点粒子群聚类算法的麦田作物行检测。首先,对自然光照下获取的彩色图像运用"过绿颜色因子图像灰度化"、"Otsu图像二值化"、"左右边缘中间线检测提取作物行特征点算法"3步对图像进行预处理。然后,根据农田作物行中心线周围区域的特征点到该直线的距离均小于某一距离阈值的特征,运用粒子群优化算法对每一作物行的特征点分别进行聚类。最后,对每一类的特征点用最小二乘法进行直线拟合获取麦田作物行中心线。试验结果表明,该算法可以对作物断行、杂草、土块等复杂农田环境下的图像进行有效地作物行检测,识别率达95%,识别误差小于3°。与标准Hough算法相比,运行速率提升了一倍。该文可为实现农业机器人田间作业提供参考。     

基于多纹理特征融合的麦田收割边界检测

自主导航是智能化农机完成收割作业的重要保障。该研究针对多云天气下光照易变化导致单一特征难以应对麦田环境的问题,提出基于多纹理特征融合的麦田收割边界检测方法。通过构建由图像熵特征和方向梯度特征组成的二维特征向量对麦田收割区域与未收割区域进行分类。其中,根据图像熵特征提取的特点,提出基于滑动窗口的直方图统计方法加速图像熵特征提取速度,较传统熵特征提取方法,本文方法耗时减少49.52%。在提取二维特征基础上,根据特征直方图分布特点,结合最大熵阈值分割算法对麦田图像进行初步分类,然后通过去除小连通区域对误分类区域进行剔除,进而运用Canny算子提取边缘轮廓点,得到分布于收割边界附近的待拟合点。最后,通过Ransac算法对拟合直线进行区域限制,得到较为准确的收割边界。试验结果表明,相比传统基于Adaboost集成学习算法提取收割边界,本文算法处理240像素×1 280像素的图像平均耗时为0.88 s,提速约73.89%;在不同光照条件下,收割边界平均检测率为89.45%,提高47.28个百分点,其中弱光照下检测率为90.41%,提高46.19个百分点,局部强光照下检测率为88.26%,提高46.00个百分点,强光照下检测率为89.68%,提高49.64个百分点。研究结果可为田间农机导航线识别提供参考。     

基于红外热像的瓷绝缘子污秽等级检测方法

为解决目前绝缘子污秽等级检测方法操作繁琐、漏判率高的问题,提出了一种基于红外热像处理的瓷绝缘子污秽等级检测方法。首先,将现场拍摄的绝缘子红外热像图进行二步法去噪;然后,针对绝缘子红外热像的颜色特征,采用RGB图像中的R分量图以及改进的OTSU分割算法获取二值图像,再对二值图像进行两次数学形态学修正,得到绝缘子积污区域。利用统计学方法提取积污区域R通道的5个特征分量,并对BP神经网络进行训练,建立绝缘子污秽等级判别网络。选取5个污秽等级的XP-70瓷绝缘子红外热像图共500组作为试验样本,对该系统进行反复测试,总识别精度达到91%以上。     

基于数据融合的玉米种子内部机械裂纹检测方法

为深入研究玉米种子脱粒和输送等环节中产生的内部裂纹机理和检测技术,该文在体视显微检测基础上提出了基于融合技术的边缘检测方法。该方法采用改进的数学形态学方法和传统Sobel边缘检测算子对损伤玉米种子图像进行边缘检测,建立相应的融合规则,将2种方法检测出来的图像边缘进行基于小波变换的融合处理,并从新图像中提取玉米种子内部机械损伤的特征信息。结果表明,该检测方法结合了2种边缘检测方法的优点,有效提高了边缘检测准确性,在准确提取玉米种子内部裂纹特征同时能有效降低噪声,较单一边缘检测算法有更好的效果。     

基于自适应Canny算子的柑橘边缘检测

针对传统的Canny算子进行柑橘边缘检测存在假边缘的同时还会丢失灰度值变化缓慢的局部边缘问题,该文根据柑橘图像边缘梯度特征信息,提出了利用信息熵来自适应确定Canny算子的高、低阈值.试验结果表明:自适应Canny算子比传统的边缘检测方法得到的边缘连通性好,定位精度高,抗噪性能强,同时该方法提高了柑橘边缘检测的自动化程度.     

自动监测装置用温室粉虱和蓟马成虫图像分割识别算法

为了监测温室黄瓜作物虫害种类、数量变化情况以预测虫害发展趋势,该文以粉虱和蓟马为例,提出了一种基于Prewitt、Canny边缘检测算子分割和SVM(support vector machine)的温室粉虱和蓟马诱虫板的图像识别算法。该方法利用HSI(Hue-Saturation-Intensity)颜色空间的I分量与L*a*b*颜色空间的b分量二值图像中害虫目标与背景的高对比性,再分别相应地利用Prewitt算子和Canny算子进行单头害虫边缘分割,再经过形态学处理,最后融合这两幅二值图像完成单头害虫区域的提取。然后提取害虫的5个形态特征(面积、相对面积、周长、复杂度、占空比)及9个颜色特征(Hue-Saturation-Value颜色空间、HSI颜色空间、L*a*b*颜色空间各分量的一阶矩),并对这14个特征参数进行归一化处理,将特征值作为SVM的输入向量,进行温室粉虱和蓟马的诱虫板图像识别。通过分析比较不同向量组合的BP(back propagation)与SVM的害虫识别率、4种不同SVM核函数的害虫识别率,发现颜色特征向量是粉虱和蓟马识别的主成分,且SVM的识别效果优于BP神经网络、线性核函数的SVM分类性能最好且稳定。结果表明:平均识别准确率达到了93.5%,粉虱和蓟马成虫的识别率分别是96.0%和91.0%,能够实现温室害虫的诱虫板图像识别。该研究可以为虫害的监测与预警提供支持,为及时采取正确的防治措施提供重要的理论依据。     

神经网络在储粮害虫识别中的应用

重点研究了基于图像识别的储粮害虫自动检测系统中的粮虫分类环节。对分割后的储粮害虫二值化图像，从10多个形态特征中选择出5个有效的特征；将GA和BP算法相结合来训练神经网络，克服了传统BP算法收敛速度慢、易陷入局部极小等缺陷，对4类害虫的20个样本的识别率达到100%，为系统的实际应用奠定了基础。     

改进随机样本一致性算法的弯曲果园道路检测

果园道路检测的目的是为农业采摘机器人鲁棒实时地规划出合适的行走路径,因果园环境的复杂性,例如光照变化、杂草和落叶遮挡等因素的影响造成视觉检测算法鲁棒性差,为此提出融合边缘提取和改进随机样本一致性的弯曲果园道路检测方法。首先,根据果园道路的颜色分布特征和几何形状特征,使用有限差分算子提取图像边缘,再使用灰度值对比度约束和霍夫直线检测去除噪声,实现道路边缘点提取。然后,提出多项式函数描述直线和弯曲道路,使用改进的随机样本一致性算法和线性最小二乘法拟合道路边缘点,以估计多项式函数的参数,实现果园道路检测。在华南农业大学果园采集240张道路图像作为试验对象。试验表明:在光照变化、阴影和遮挡背景的影响下,该方法能有效地提取果园道路边缘点,并能正确地拟合道路以实现道路检测,平均正确检测率为89.1%,平均检测时间为0.2639 s,能够满足视觉导航系统的要求。该研究为农业采摘机器人的视觉导航的鲁棒性和实时性提供指导。     

基于图像处理的小麦条锈病菌夏孢子模拟捕捉的自动计数

利用孢子捕捉器进行气传植物病原真菌孢子捕捉,实现田间病原真菌孢子数量的监测,对于气传植物真菌病害的预测预报和防治决策具有重要意义。目前对捕捉到的孢子多采用传统显微镜孢子计数方法,由于孢子个体小、数量大,利用这种计数方法费时费力,易造成较大计数误差。为了获得一种孢子捕捉器捕捉孢子的自动计数方法,提高计数的准确性和工作效率,本研究利用透明胶带、凡士林玻片和Eppendorf离心管3种方法模拟捕捉小麦条锈病菌夏孢子,利用显微镜照相技术获得孢子图像,在MATLAB软件环境下,对图像进行基于最近邻插值法的缩放处理、基于K-means聚类算法的分割处理、形态学操作修饰和分水岭分割等一系列的处理,实现夏孢子的自动计数和标记。结果表明,3种模拟方法获得的孢子图像经过处理后,均可获得较好的孢子计数结果。透明胶带、凡士林玻片、Eppendorf离心管模拟捕捉条锈病菌夏孢子的平均计数准确率最低分别为98.5%、98.7%、99.9%,Eppendorf离心管模拟捕捉条锈病菌夏孢子和小麦白粉病菌分生孢子的平均计数准确率为99.8%。本研究为实现田间利用孢子捕捉器捕捉孢子的自动计数提供了一种简便、快捷、准确、高效的方法。     

基于混合特征的互联网茄子图像检索方法与系统

互联网图像数据的爆炸式增长使得有效检索变得越来越重要,不同于文字的检索,有效的图像检索仍然是一个开放的问题。该文提出了基于混合特征的互联网茄子类图像的检索方法,并开发了图像检索系统。该文采用Hu不变矩(hu invariant distance)作为几何不变特征,采用颜色矩方法,通过计算HSV空间的三阶矩来描述颜色特征,采用分水岭算法(watershed algorithm)提取茄子的轮廓特征,通过长宽比特征区分长茄和圆茄,最后综合几何不变特征、颜色、轮廓特征进行茄子对象的描述,分别给3种特征赋不同的权重,形成检索系统。试验验证,该文方法和系统在测试数据集上查全率为87.6%,查准率为87.6%,相比于只采用Hu不变矩方法(其查全率为31.75%,查准率为31.75%)在Hu不变矩加颜色特征方法(查全率为52.8%,查准率为52.8%),有了一定的提升,验证了方法的有效性。     

基于块标记的田间叶片损伤区域分割方法

为了在田间开放环境中有效分割叶片损伤区域,该文结合Canny算子良好的边缘提取能力和叶片局部颜色变化相对较小的特征,提出基于块标记的叶片损伤区域分割方法,用于评价叶片损伤程度。使用Android系统手机在晴天大田开放环境中采集木耳菜、西红柿、黄瓜、茄子、桃、彩椒和蛾眉豆7种常见农作物叶片图像,在阴天采集丝瓜、葫芦、甜瓜、茄子和黄瓜5种叶片图像,然后进行分割。该分割算法在晴天和阴天总体的平均正确分类率为97.5%,平均错误分类率为0.3%,并且有较好的目标一致性和边缘清晰度。应用系统对叶片损伤程度的评价结果与手工分割比较,在晴天和阴天采集图像上的平均误差分别为2.340%和1.475%,可较好地应用于晴天和阴天环境。该方法可探索应用于田间植物叶片损伤程度评价。     

基于双目立体视觉的葡萄采摘防碰空间包围体求解与定位

无损收获是采摘机器人的研究难点之一,葡萄采摘过程中容易因机械碰撞而损伤果实,为便于机器人规划出免碰撞路径,提出一种基于双目立体视觉的葡萄包围体求解与定位方法。首先通过图像分割获得葡萄图像质心及其外接矩形,确定果梗感兴趣区域并在该区域内进行霍夫直线检测,通过寻找与质心距离最小的直线来定位果梗上的采摘点,运用圆检测法获取外接矩形区域内果粒的圆心和半径。然后运用归一化互相关的立体匹配法求解采摘点和果粒圆心的视差,利用三角测量原理求出各点的空间坐标。最后以采摘点的空间坐标为原点构建葡萄空间坐标系,求解葡萄最大截面,再将该截面绕中心轴旋转360°得到葡萄空间包围体。试验结果表明:当深度距离在1 000 mm以内时,葡萄空间包围体定位误差小于5 mm,高度误差小于4.95%,最大直径误差小于5.64%,算法时间消耗小于0.69 s。该研究为葡萄采摘机器人的防损采摘提供一种自动定位方法。     

基于机器视觉形状特征参数的祁门红茶等级识别

外形是评价茶叶质量的重要指标之一,目前主要依赖人工审评的方法,客观、准确的评价外形指标对茶叶加工、销售有重要的意义。该研究提出了一种基于形状特征直方图结合支持向量机的茶叶等级识别方法。以7个等级的祁门工夫红茶为研究对象,构建图像采集系统,标定相机参数,采集各等级的茶叶图像。对图像进行灰度化、二值化处理,提取叶片的6个绝对形状特征:长度、宽度、面积、周长、最小外接矩长、宽,在此基础上计算狭长度,矩形度2个相对形状特征,生成形状特征的直方图。以直方图分布为特征向量,构建了基于BP神经网络,极限学习机(extreme learning machine,ELM),支持向量机(support vector machine,SVM),最小二乘支持向量机(least squares support vector machine,LS-SVM)的等级识别模型,并对比了不同模型的识别效果。结果表明,该文构建的图像采集系统测量精度0.3 mm,能够准确提取形状特征参数;基于形状特征直方图的LS-SVM模型识别效果最好,识别精度为95.71%,测试集决定系数为96.2%,具有算法复杂度低,易于求解的优点。研究结果为实现茶叶的客观、数字化等级鉴定,提供了试验数据和参考方法。     

基于K-means聚类和椭圆拟合方法的白粉虱计数算法

为了能够对害虫的准确计数,该文以白粉虱为例,提出了一种基于K-means聚类和椭圆拟合方法的白粉虱计数算法。该方法首先利用K-means聚类算法对白粉虱图像进行分割,使白粉虱从背景图像中分离,然后利用基于最小二乘法的椭圆拟合方法对分割结果进行椭圆拟合,统计椭圆的个数,提取椭圆中心点的颜色特征值,将其作为新的分类中心,重新对白粉虱图像进行分割和椭圆个数的统计,最后将算法收敛时的椭圆个数作为当前白粉虱的个数。对辣椒、黄瓜、番茄和茄子4种作物叶片上附着的白粉虱进行了计数试验,该算法在这4种作物上的平均计数错误率依次为2.80%,8.51%,5.00%,1.56%,并且分别比阈值化方法和K-means聚类方法的平均计数错误率降低了11.65%和70.18%。试验结果表明:所提方法能够实现对不同作物上白粉虱的准确计数,且算法具有很好的泛化性。该研究结果可为虫害的检测以及采取正确的防治措施提供重要依据。     

基于图像识别的小麦腥黑穗病害特征提取与分类

小麦的网腥、印度腥与矮腥黑穗病危害小麦生产与人体健康,是出入境检验检疫的重要对象。该文利用小麦腥黑穗病害显微图像,采用图像分析与识别技术进行了小麦的网腥、印度腥及矮腥3类病害的分类识别。在分离出单个病害孢子图像的基础上,提取了3类病害孢子图像的16个形状和纹理特征,通过分析,从中选择小麦病害孢子的6个典型特征,并分别用最小距离法、BP神经网络和支持向量机分类器对提取的96个小麦腥黑穗病害孢子图像进行了分类试验,结果表明:支持向量机法对小麦腥黑穗病的分类识别能力优于最小距离法和BP神经网络,总体识别率达到82.9%。因此,采用图像分析技术和支持向量机识别方法进行小麦腥黑穗病害诊断的方法具有可行性。     

基于改进实例分割算法的智能猪只盘点系统设计

基于图像处理的动物资产计数方法，不仅可以减少人工投入，还可以缩短生物资产的计数周期，但该方法受光照条件影响严重，并且当动物间相互挤压、遮挡时，计数精度较差。针对这些问题，该研究提出了一种基于图像实例分割算法的生猪计数网络。针对光照和目标边缘模糊问题，利用拉普拉斯算子进行图像预处理。对Mask R-CNN网络的特征提取网络进行改进，在原始特征金字塔网络（Feature pyramid network, FPN）后面增加一条自底向上的增强路径，直接将低层边缘位置特征与高层特征相融合，提高对目标边缘轮廓的识别能力，对非极大值抑制过程和损失函数进行优化和改进，以提高分割精度。在河北丰宁、吉林金源和内蒙古正大3个试验猪场进行测试，验证本文网络的计数精度。采集设备在3个试验猪场共采集2 400张图像，经图像预处理去除模糊和光线差的图像，从剩余的图像中随机选取共1 250张图像作为原始数据集，其中丰宁猪场500张、金源猪场500张，正大猪场250张。将各猪场的原始数据集分别按2:2:1的比例分为3部分，包括训练集905张，验证集95张，测试集250张，对原始训练集和验证集进行数据增强，最终得到训练集图像1 500张，验证集图像150张，测试集图想250张。河北和吉林的试验猪场，每栏猪只数目为12～22头，各测试100张图像，完全准确清点的图像比例分别为98%和99%，满足实际应用要求。内蒙古试验猪场的单栏猪只密度大，每栏猪只数目平均80头，测试50张图像，完全准确清点的图像比例为86%。本文所提出的猪只盘点系统，通过修改网络增强图像中目标特征信息提取和优化边界框回归过程，减少由于光线差和遮挡导致的目标漏检情况，解决了基于图像分割算法的猪只盘点中光照、模糊以及遮挡等问题，能够满足单栏饲养密度为1.03～1.32头/m2的养殖场的猪只盘点需求。     

基于最小噪声分离的籽棉异性纤维高光谱图像识别(英文)

针对籽棉表层多类难检异性纤维,包括纸屑、白发、丙纶丝、化纤和地膜等5种白色物质,采用高光谱技术和最小噪声分离(minimum noise fraction,MNF)分析方法对含有异性纤维的籽棉图像进行研究。该文在400～1 000 nm的光谱范围内采集高光谱图像,根据光谱曲线选取子区域,应用最小噪声分离分析方法降维、去噪。取MNF变换后的前4幅分量图像,通过视觉评价,选定最佳成分图像并融合中值滤波、灰度变化等图像处理的方法确定最佳分割图像,提取异性纤维。试验结果表明,对于以上5种异性纤维,该方法的识别率达到91.0%。该研究可为棉花异性纤维检测系统的开发提供参考。