基于旋转矢量不变性的烟叶宽度提取算法

针对一般烟叶宽度提取算法准确性不高及不适应烟叶随机摆放的问题,提出一种基于旋转矢量不变性的烟叶宽度提取算法。该方法首先使用最小外接矩形法获得烟叶的首尾端点,根据首尾端点确认的骨架直线,确定与其平行并与烟叶边缘相切的两条直线,两条切线间的距离为烟叶的宽度。实验结果为烟叶宽度测量误差率低于1%,各角度测量数据方差最高为0.0649,表明该算法具有旋转矢量不变性的特点,能够准确提取烟叶的宽度。     

基于深度相机的玉米株型参数提取方法研究

提出了一种基于骨架提取的改进算法,可实现在大田环境下,使用PMD深度相机快速、无损测量玉米株型参数。首先利用深度图像RGB伪彩色和深度距离信息,提取深度图像的骨架,排除复杂背景干扰,得到单株玉米的二值骨架图像;然后利用基于角点检测的改进归类算法提取骨架图像特征点;最后建立骨架图像中特征点与深度图像的对应关系,利用空间几何数学方法,结合特征点计算出玉米的3种株型参数,即株高、茎粗、叶倾角。农田实验对比分析表明,所提方法的株高测量结果与人工测量结果的相关系数 r 为0.986,最大相对误差小于2 cm,农田作物育种抗逆性分析还表明玉米株型参数与抗倒伏性具有显著相关性。     

无芒隐子草叶片卷曲度和厚度测量方法

针对叶片卷曲度和厚度交互式测量方式费时、费力、误差大,传统图像处理算法普适性不高等问题,以无芒隐子草叶片为研究对象,采用基于Graham 算法的最小外接矩形法实现叶片卷曲度的测量,采用矢量积法和角点检测相结合的凹凸点检测算法实现叶片厚度的测量。首先,通过石蜡制片获取无芒隐子草叶切片,利用显微镜连接计算机获取切片图像;然后,采用红色灰度化方法结合阈值分割将切片图像的目标和背景分离;最后,根据叶片卷曲度和厚度的实际测量方式,采用Graham算法通过求取目标区域的最小外接矩形实现叶片卷曲度的测量,将矢量积法和角点检测相结合检测目标区域的凹凸点,通过凹点与凹点、凸点与凸点匹配实现叶片厚度的测量。选取30幅无芒隐子草叶切片图像为样本进行了试验,结果显示,采用本文提出的红色灰度化方法和分量法、最大值法、平均法、加权平均法对图像进行灰度化处理后,图像信息熵分别为6.4280、6.3612、5.6679、5.9348、6.0526,图像平均梯度分别为0.0785、0.0242、0.0158、0.0093、0.0104,图像对比度分别为0.2641、0.1130、0.0574、0.0703、0.0784,说明本文方法能更好地保持图像的边缘、细节等信息,图像清晰度更高。进行自动阈值分割后,分割的平均误检率为0.75%,平均漏检率为3.49%,平均整体分割精度达到98.14%。在有效分割目标和背景的基础上,对叶片卷曲度和厚度进行测量,并与交互式测量结果进行相比,结果表明,采用本文方法对叶片卷曲度和厚度的测量值与交互式测量值的平均相对误差分别为0.96%和3.69%,测量速度分别提高了约10倍和37倍。     

树干直径自动识别与测量技术研究

在森林资源调查中为实现树干直径快速、精确测量,使用电子元件进行了树干影像自动识别与测量。通过摄像头和CMOS传感器获得图像,经灰度转换后,使用窗口大小为5行5列的高斯滤波器,利用Canny边缘检测算法提取边缘,包括平滑、非极大值剔除、双阈值的边缘连接等,在提取的边缘图像基础上,设计了树木直径自动提取算法。以4列的窗口为模板,自上而下,对经过Canny算法后的图像进行竖直线段的提取。在提取所有竖线后,将最大宽度的2条竖线当作树干轮廓线,通过焦距、物距、像距与像素宽度之间的关系计算出树干直径。最后选择了不同树种共计16棵树木进行了验证,实验结果表明树干直径识别的精度为96.9%,绝大部分测量数据符合森林资源调查要求。     

基于时间序列的玉米叶片性状动态提取方法研究

玉米叶片性状对生长发育、遗传育种及功能基因解析研究具有重要意义,而传统的测量方式效率低、主观性强、测量性状少,已无法满足现代玉米研究的需求,为此提出一种基于时间序列的玉米叶片性状动态追踪技术。研究基于高通量作物表型平台,针对100份玉米品种资源,每间隔3 d获取8个玉米生长点图像;利用图像分割、叶片骨架提取等算法得到单片叶长、叶角度、叶弯曲度参数;基于叶片相对位置信息实现玉米叶片的动态追踪及标记。试验结果和人工测量值相比,叶长和叶夹角测量误差分别为0.92%和3.32%。叶片追踪可以得到叶片的动态变化过程,计算获取叶片长度的平均生长率及叶片弯曲度的变化分布。     

基于曼哈顿距离检测的马铃薯畸形识别

使用曼哈顿距离检测法对马铃薯进行畸形识别。首先对采集的数据集进行灰度、二值化等图像预处理,获取马铃薯形状轮廓的最小外接圆,并提取所有轮廓曲线。使用Python库Skimagecanny算法遍历马铃薯图像边缘,从而获得其轮廓线像素的点坐标,并与已获取最小外接圆坐标数据构成二维坐标矩阵,即可快速计算矩阵中每一列上下对应两点间的曼哈顿距离值,并绘制曼哈顿距离坐标图。通过观察曼哈顿距离曲线的走势、波峰个数以及波峰最大值与最小值间的差值(波峰差),即可判断马铃薯是否畸形。测试数据表明,马铃薯畸形识别的准确率约为96%。该方法简单、速度快、准确率高,具有潜在应用价值。     

一种快速剔除伪分枝的作物行骨架提取算法

作物行骨架线的提取是机器视觉导航的基础,准确提取作物行骨架也是精准施药系统中一个至关重要的研究方向。为了克服传统骨架提取算法中的背景单一、存在较多的冗余分支及不连续等缺点,以农田作物行为研究对象,提出一种形态学细化和伪分支剔除相结合的实用型骨架提取算法。首先对采集到的作物行原图像通过灰度、滤波、阈值分割操作使其转化为二值图像;然后将二值化后的作物行图像先细化为单像素宽度的骨架线,再采用端点追踪法追踪伪分支骨架,而后剔除追踪的毛刺或无关枝杈,保证了骨架的单一性和圆滑性,提高了作物行检测的精度。通过与拓扑细化法和最大圆盘骨架提取算法比较,本文算法不但在去除冗余骨架的同时能保持自身良好的拓扑性和稳定性,而且能去除多余的毛刺状分支,同时表明该算法具有较强的稳定性和抗干扰能力。     

基于边缘检测和区域定位的玉米根茎导航线提取方法

基于玉米根茎图像信息,提出一种基于边缘检测和区域定位的玉米根茎导航线提取方法。首先,利用最大类间方差法自动分割2G-R-B灰度图像,得到二值化图像,结合形态学处理、位置/面积去噪方法提高二值化图像质量,对去噪图像按列累加得到列像素累加曲线;针对传统方法得到的特征点中伪特征点较多的问题,引入高斯滤波器平滑累加曲线,并运用极值法减少玉米根茎伪特征点的干扰,在提取玉米茎秆边缘直线时,提出基于最远茎秆成像宽度的双侧边缘判别思路,通过扫描每条边缘直线的四边形封闭邻域有效剔除伪边缘直线;最后,根据边缘直线二次定位玉米的根茎区域范围,并剔除伪特征点,采用最小二乘线性拟合方法准确提取导航线。试验表明,本文算法处理一幅1280像素×720像素图像耗时约236ms,特征点拟合准确率为92%。与传统方法相比,本文算法精度高、实时性好,在缺苗、杂草较多和株距不标准的情况下仍具有较强的鲁棒性。     

利用最大圆盘提取作物行骨架的改进算法

作物行骨架线提取的精准度是农业机械自动导航的关键,针对传统作物行骨架线提取算法存在的连通性差、无法保持单一像素以及存在冗余像素等问题,提出一种利用最大圆盘提取作物行骨架的改进算法。首先采用预处理操作对作物行图像进行二值化处理,然后对二值作物行图像进行细化,在细化过程中通过引入欧氏距离寻找其中点的方法保持骨架的连通性,同时采用追踪扫描的方法有效地对冗余像素进行剔除,提高骨架的拓扑结构能力。实验结果表明,该方法对成行作物具有很好的适应性,且提取的骨架线更准确,与传统的算法相比,采用本文算法提取的骨架拟合后的导航线误差相对较小,能满足实际应用需求。     

基于图像处理的田间水稻叶瘟病斑检测方法

针对病斑在叶片上易形成封闭边缘的特性,采用色度学模型、边缘提取和形态学等方法对田间稻叶瘟病斑进行检测。利用2R-G色差分量提取图像上的图斑;采用Canny算法对2R-G色差分量图斑进行边缘检测,通过自定义边缘封闭修复模版对边缘进行修复;利用HIS模型的H分量提取的叶片正常部位信息与修复后图像做掩膜运算,获得叶片范围内的病斑边界,然后,运用形态学运算剔除图斑中未闭合的边缘线;最后,采用归一化绿蓝差值指数(Normalized Difference Green and Blue Index,DNGBI)对封闭的非病斑区域进行阈值过滤,提取出稻瘟病病斑。试验结果表明:对叶瘟病斑的正确识别率可达到90.26%。     

基于深度图像的多姿态肉牛体尺自动测量方法

养殖场中肉牛较为活跃,采集得到的图像数据中肉牛姿态多变,肉牛姿态端正帧较少,导致自动测量肉牛体尺困难。针对以上问题,本研究通过分析肉牛骨架特征和肉牛图像边缘轮廓特征,提出一种多姿态肉牛体尺自动测量方法。首先,利用深度相机Azure Kinect DK从正上方采集肉牛俯视深度视频数据,对视频数据进行分帧处理;其次,对原始深度图像进行预处理,将肉牛从复杂的背景中提取出来;再次,利用Zhang-Suen算法提取目标图像肉牛骨架,检测骨架交点和端点,分析肉牛头部特征,并确定头部去除点,去除图像中肉牛头部信息;最后,利用改进的U弦长曲率算法提取肉牛轮廓曲率曲线,根据曲率值确定体尺测点,将体尺测点转换到三维空间中,计算体尺参数。本研究通过分析大量深度图像数据,将图像中肉牛姿态分为左歪、右歪、姿态端正、低头和抬头五类。试验结果表明,本研究提出的基于骨架的多姿态肉牛头部去除方法在5种姿态下的头部去除成功率均高于92%;在23头肉牛不同姿态共46帧深度图像中,利用基于改进U弦长曲率的体尺测点提取方法,测得体直长测量的平均绝对误差为2.73 cm,体高测量的平均绝对误差为2.07 cm,腹宽测量的平均绝对误差为1.47 cm。研究结果可为精确测量多姿态下肉牛体尺提供支撑。     

基于最小相切圆和形态学相结合的作物行检测算法

机器视觉的农业导航路径规划是精准施药的关键,而作物行提取是其准确识别作物行路径的基础。为此,以玉米为研究对象,提出了一种基于最小相切圆原理和形态学相结合的作物行检测算法。首先在室外田间环境下采集生长早中期的玉米作物行图像,选择作物行比较规整的图像进行处理;其次,利用改进的超绿灰度化(1.8R-G-B)算法对玉米作物行图像进行灰度化处理,大大减少了噪声的干扰,通过中值滤波基本消除了噪声;然后,运用Otsu阈值算法获取了玉米作物行的二值图像。由于作物行呈线型,在此基础上,采用5×1像素的线型结构元素和3×3像素的方形结构元素两者相结合的方法对二值图像进行腐蚀、膨胀运算,并采用提出的最小相切圆与形态学结合的方法提取中央玉米作物行的骨架并进行中央作物行直线的拟合。实验表明:该算法能提供准确的位置信息,且对作物行边缘噪声具有较强的抗干扰能力,对进一步研究精准施药提供了参考依据。     

板栗长短径的实时光学检测算法

研究基于顶点链码的边界跟踪算法，建立板栗图像区域的最小外接矩形（MER），长和宽分别代表板栗长径和短径。用实测法和预测法分别测量10组板栗样品的长、短径。两种测量结果最大绝对误差为1．2mm，最大相对误差不超过5％。在同一计算条件下，基于顶点链码的MER法的计算时间为普通MER法的1／3。     

基于叶片形态的田间植物检测方法

利用图像处理技术方法,以田间拍摄的水稻图像为研究对象,对田间植物进行检测研究。通过改进归一化绿蓝差值指数IDNBG 与色度模型,经过分类识别、图像阈值分割等步骤,对植物叶片进行提取。利用形态学正反向组合运算实现叶片内部完整性修复;利用边界4连通链码边缘检测实现叶片边缘平滑性修复。通过对可见光条件下田间拍摄的40幅图像进行植物提取实验,植物叶片提取正确率平均可达83.07%,误分率为3.57%。对其中90条边缘线进行边界平滑修复,部分叶片边缘被平滑但使叶片提取正确率降低0.63%。对植物检测主要影响因子进行分析得出,成像条件差异易影响亮度因子;通过形态学膨胀与正反向过滤运算,露珠与病斑得到一定程度的保留,提取叶片内部形状完整;链码运算可使叶片边缘得到平滑,同时也会去除部分正确的叶片,其运算量较大。     

基于双目视觉的作物苗期障碍物三维信息检测方法

农业智能装备在实际农田环境中行进或作业的过程中需要感知多变环境下的各种障碍物。为此,基于双目视觉,开展了作物苗期农田障碍物三维信息检测方法研究,提出了一种基于特征的障碍物检测算法。首先,利用边缘检测算法去除天空背景,提取出障碍物潜在区域的上边界线,利用超绿特征颜色变换去除绿色作物苗期农田背景,提取下边界线;然后,通过阈值分割算法提取障碍物目标区域;最后,通过重心特征点立体匹配来获取视差值,结合MatLab标定获取的相机内外参数进行三维重建,计算障碍物的距离、宽度和高度三维信息。田间试验结果表明:该算法可以正确提取出障碍物目标区域,障碍物距离、宽度和高度检测的平均相对误差分别为4.7%、5.79%和1.78%,能够满足农业智能装备田间障碍物检测的需求,具有较好的可靠性。     

手持式精准立木树高测量装置设计与试验

为解决森林资源调查中树高测量误差大,复杂林分环境树高测量难,倾斜立木树干长度测量不准等问题,以测量学、测树学、电子信息技术、传感器技术和图像处理技术为基础,研制了手持式精准立木树高测量装置。该装置集成了中央处理器、激光测距仪、高清摄像头、高精度陀螺仪传感器、液晶显示屏、存储器等元器件,利用激光测距传感器获取测量装置与被测树根间的距离,同时获取该装置的仰角信息,再利用图像中心确定树顶位置后获取第2个仰角信息,通过距离信息和角度信息解算测量树高。使用设备贴紧树干测量树干倾斜角度,对于干型弯曲的树木,利用边缘检测算法识别图像树干轮廓边缘,以轮廓近似法提取树干轮廓边缘点,获得树干边缘离散点坐标信息,将线性拟合求得的直线斜率转换为树干倾斜角,利用角度补偿算法完成长势倾斜立木的树长测量。试验结果表明树高测量精度可达98.04%,倾斜立木测量精度为96.89%,满足国家森林资源调查的精度要求。