不同生长状态下多目标番茄图像的自动分割方法

将自然生长状态下的成熟果实从复杂背景中识别出来并确定其空间位置,是实现果实采摘作业智能化的基础。该文针对在自然光照条件下多个番茄自然生长状态为相互分离、靠拢或重叠以及被枝叶部分遮挡的情况,研究了一种成熟番茄图像的自动分割方法。该方法利用RGB颜色空间下番茄图像中目标与背景的(R-G)灰度值存在明显差异的特点,首先使用Otsu法对番茄的RGB彩色图像的色差灰度图像(R-G)进行动态阈值分割,然后对番茄的R分量灰度图像应用基于形态重建的受控标记分水岭算法搜索靠拢或重叠番茄的分界线,最后对前面两次运算的结果作交集运算得到最终分割的二值图像,将番茄从背景中分割出来。通过100幅番茄图像进行试验表明,该方法不仅能对自然光照条件下不同生长状态的多目标番茄图像进行有效分割,而且对番茄的成熟度及品种差异也具有很好的鲁棒性。     

基于遗传算法和阈值滤噪的玉米根茬行图像分割

作物行的识别是农业机械视觉导航系统的一项重要研究内容,针对华北一年两熟区玉米利用联合收获机留茬收获后,农田原始图像中背景目标多(行间秸秆、裸露地表等),且背景目标与玉米根茬颜色接近,难以实现玉米根茬行准确快速分割的问题,该文采用RGB颜色空间,以根茬顶端切口为目标,提出了一种基于遗传算法和阈值滤噪的玉米根茬行图像分割方法。首先,为了降低图像分割难度,选取图像中间位置包含一条完整玉米根茬行的矩形区域作为感兴趣区域(region of interest,ROI);然后,利用经过遗传算法优化得到的灰度化算子对ROI进行灰度化,采用单阈值法分割ROI;最后,通过形态学腐蚀处理去除孤立点、毛刺等误分割情况,同时利用基于连通域面积阈值和偏距阈值的滤噪方法滤除根茬行两侧噪声,实现玉米根茬行的有效分割。为评价该分割方法,利用从农业部河北北部耕地保育农业科学观测实验站采集到的200幅玉米根茬行图像进行试验。结果表明:该方法能够较好的适应晴天光照条件变化,从含有裸露地表、玉米行间秸秆等复杂背景下,准确快速地分割出玉米根茬行,平均相对目标面积误差率为24.68%,处理一幅1280像素×1 024像素的彩色图像平均耗时为0.16 s,具有较好的鲁棒性、实时性和准确性。研究结果验证了基于遗传算法和阈值滤噪方法实现玉米利用联合收获机留茬收获后根茬行图像分割的可行性,并为玉米根茬行直线检测提供良好的基础。     

基于多光谱图像融合和形态重构的图像分割方法

一些成熟的瓜果果实在单一的光谱图像中,果与叶的灰度值只存在微小差异,常用的图像分割方法不足以把果与叶区分开,为此,提出一种基于多光谱图像融合的形态学重构分割方法。首先,采集同一目标的可见光彩色图像和近红外图像,对此多光谱图像分别采用主成分分析（PCA）、小波变换以及可见光图像H分量与近红外图像NIR的算术组合（NIR/H）等方式进行融合处理;然后,对融合图像进行形态学重构分水岭分割。多幅苹果和番茄图像的目标提取试验结果表明,对可见光图像和近红外图像的PCA和小波变换融合图像进行形态学重构分水岭分割,可以得到较好的分割效果,尤其是小波变换融合图像的形态学重构分水岭分割效果更具有自适应性。     

水果轮廓特征提取的Zernike矩分水岭分割方法

果实轮廓特征的测量提取是了解水果等农作物发育过程中内部生理生态变化的重要手段。该文提出了一种基于Zernike矩边缘检测的分水岭算法,并将该算法应用于葡萄果粒的轮廓特征提取。与传统的标记驱动分水岭算法相比,该算法利用Zernike矩边缘检测避免了标记对于轮廓的破坏,较好的保护了目标轮廓,从而减少了后续处理,提高了检测效率。最后,将用该算法所得到的轮廓和用传统的标记驱动分水岭算法所得到的轮廓进行比较,验证了该算法的可行性。该算法具有较高的检测效率,相较传统算法提高约6.9%左右,能够满足连续提取葡萄果粒的轮廓特征的要求。该方法可用于实时检测葡萄果粒的几何特征的变化。     

基于局部阈值的植物叶片图像分割算法研究

提供了采用数字图像处理方法快速分割含边框植物叶片的方法,分别采用局部阈值分割和最佳阈值分割获取二值图像,得到局部阈值分割效果较好的结论,最终得到了比较清晰的边框图像和叶片二值图像,为后续图像处理打下良好基础。     

基于MFICSC算法的生菜图像目标聚类分割

生菜图像目标分割是基于图像处理的生菜生理信息无损检测的前提。为了解决因生菜富含水分使得图像采集镜头反光而导致生菜叶片图像灰度分布不均的问题,该文采用一种修正的图像灰度均衡算法对生菜图像进行灰度均衡处理,应用混合模糊类间分离聚类算法(MFICSC)进行生菜图像目标分割,使总体类间距离最大化,能够同时生成模糊隶属度和典型值,对处理噪声数据和克服一致性聚类问题均表现良好。分别采用MFICSC算法和Otsu算法进行了生菜图像目标分割对比试验,结果表明MFICSC算法具有较好的聚类准确度,效果优于传统Otsu分割算法。     

基于颜色特征的绿色作物图像分割算法

绿色作物的识别是农业机械视觉系统的重要研究内容之一,该文采用RGB颜色系统,基于统计分析提出了一种绿色作物图像分割方法。从简单物体光照颜色模型方面,分析了RGB颜色空间中作物绿色“恒量”（Gvalue>Rvalue and Gvalue>Bvalue）的存在性,构建了作物图像分割相对错误率评估模型。并与传统颜色索引方法Excess Green (ExG)+auto-threshold进行了对比分析。试验结果表明,在正常光照条件下：1）采用的算法对田间不同作物-土壤组图像分割的相对错误率均有显著影响;其中,相对ExG+auto-threshold算法,采用RGB算法的结果图像中大多能保留油菜、大豆和甘蔗的形态学特征;2）采用的算法、光照变化以及算法与光照变化的交互作用均对室外美人蕉图像分割的相对错误率有显著影响;其中,相对ExG+auto-threshold算法,采用RGB算法的结果图像中大多能去除背景噪声。单因子方差分析进一步表明,光照变化对采用ExG+auto-threshold算法分割图像的阈值有显著影响。该文提出的RGB算法相对传统的ExG+auto-threshold绿色索引,对于早期生长的绿色作物是一种有效、简单的图像分割方法,对作物-土壤、光照变化不敏感。     

一种基于主动轮廓模型的连接米粒图像分割算法

针对图像中连接米粒分割困难的问题,提出了一种基于主动轮廓模型的分割算法。首先,对籽粒二值图像的欧氏距离变换进行局部极小值检测,并通过形态学膨胀算子合并局部极小值点,在每个籽粒内部只产生一个区域。其次,以这些区域的边界作为初始曲线,在主动轮廓模型的指导下,曲线向籽粒的边界演化,最终将图像中各个米粒分割。试验结果表明,对圆江米、粳米、长江米和黑米4个品种的米粒,基于主动轮廓模型的连接米粒图像分割算法的分割正确率分别达到93.4%、92.4%、88.0%和90.4%,综合准确率为91.05%,比基于分水岭的方法提高了26.7%。因此,基于主动轮廓模型的算法为分割连接米粒图像提供了一种有效途径。     

基于支持向量机的玉米根茬行图像分割

玉米根茬行的准确识别是实现玉麦轮作机器视觉式小麦自动对行免耕播种技术的前提。针对华北一年两熟区联合收获机玉米留茬收获后根茬行较难准确分割的问题,该研究以直立玉米根茬为研究对象,提出一种基于支持向量机（Support Vector Machine,SVM）的玉米根茬行分割方法。首先,利用主成分分析（Principal Components Analysis,PCA）对提取的目标（直立根茬）与背景（行间秸秆及裸露地表）的颜色和纹理特征进行分析,优选出21个特征,构成特征向量作为训练直立根茬SVM识别模型的输入;然后,根据图像坐标设置图像中间包含完整玉米根茬行的矩形区域为感兴趣区域（Region of Interest,ROI）;最后,使用训练好的直立根茬SVM识别模型以25×25（像素）的窗口在ROI内滑动检测,采用阈值法分割根茬行并通过形态学处理优化得到最终的玉米根茬行二值图像。利用在农业农村部河北北部耕地保育农业科学观测实验站采集的100幅玉米根茬行图像进行试验,结果表明,本文方法对于不同行间秸秆覆盖量和不同光照条件下的根茬行分割表现出较好的准确性和鲁棒性,直立根茬平均识别准确率、平均分割准确率、平均召回率、平均分割准确率与平均召回率的加权调和平均值（F1avr值）分别为93.8%、93.72%、92.35%和93.03%,每幅图像的平均分割时间为0.06 s,具有较好的实时性。基于SVM的分割方法可实现联合收获机玉米留茬收获后根茬行图像的分割,为下一步检测玉米根茬行直线并将其作为导航基准线进行视觉导航的研究提供良好基础。     

基于颜色分量与直方图的玉米苗期背景分割方法研究

对土壤背景进行有效分割是玉米苗期田间杂草识别的前提和基础。本研究利用颜色分量G-R和G-B与灰度直方图来实现玉米苗期图像与背景图像的分割,解决了玉米苗期田间杂草识别中受影响及环境适应性差等问题。通过对不同环境下苗期玉米图像的植被颜色和背景颜色分量的统计分析表明,采用G-R和G-B双阈值颜色特征分割,进行土壤背景分离取得了很好的效果。     

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。     

基于机器视觉的玉米植株数量获取方法与试验

获得田间的玉米植株数量对于优化不同玉米品种的种植密度有重要意义,玉米植株数量也是计算新玉米品种平均每株产量的重要参数。为了减轻人工获得玉米植株数量的劳动强度,提高数据的准确率,该文利用基于机器视觉的图像处理技术来获得玉米植株数量。被留高茬玉米收获机作业之后的地块,有一定高度的玉米秸秆站立在地表,摄录这样的图像信息可以大大简化图像处理的难度,提高结果的精确度,所以将图像采集装置安装在留高茬玉米收获机之后来获得视频流。后处理过程中,将视频文件分解为图片文件,然后将真彩色的RGB图片文件转化成灰度图像进行图片的配准,再将灰度图像转化为二值图像进行图像分割与边界提取,最后找到玉米秸秆断面的几何中心并进行标记,统计标记结果即获得玉米植株数量。试验结果显示,人工播种与机械播种在图像识别的误差上没有显著差异(P0.05);机器视觉识别出来的玉米植株数量与实际数量也没有显著差异(P0.05),其平均误差为6.7%;并且该误差不会随着图像中玉米植株数量的增加而产生积累。该文的设计可以降低机器视觉在识别玉米植株数量过程中的难度,提高图像识别的准确度,更好地服务生产实际问题。     

基于图像处理的玉米收割机导航路线检测方法

快速精准的检测出导航路线并对田端做出准确判断是收割机视觉导航的前提。为解决玉米收割机导航作业过程中因玉米列阴影、玉米田端的杂草等因素对检测精度干扰的问题,该文通过分析视觉导航图像的颜色特征去除阴影干扰,对玉米收割机提取导航作业路径和判断田端提出了检测算法。为减少计算量,设定关注区域作为非第一帧图像的处理范围;为去除玉米列阴影对检测结果造成的干扰,强调关注区域内G(绿色)分量并减弱R(红色)或B(蓝色)分量;为加快处理速度,采用跳行累计G分量的方式确定候补点。在关注区域内对图像中去除阴影干扰后的G分量垂直累计值查找候补点,对图像上半部分收敛性好的候补点通过方差计算确定出已知点,再利用过已知点Hough变换拟合出玉米列边界所在的导航线。最后采用R分量的连续突变判断收割机是否到达田端。田间试验表明:目标直线的平均检测时间为50.13 ms/帧,对田端的检测准确可靠,满足玉米收割的作业要求。该研究成果也适用于高粱等其它高杆作物的机械化收获应用。     

基于全景图像的玉米果穗流水线考种方法及系统

为提高玉米果穗考种效率和精度,该文提出一种基于全景图像的玉米果穗流水线考种方法和系统。利用托辊传送装置实现果穗自动连续推送,基于工业相机自动检测果穗运动状态并实时采集图像,获取覆盖果穗全表面的图像序列;建立果穗运动、摄像机成像、表面拼接关系,从图像序列中抽取果穗中心畸变最小区域拼接出果穗表面全景图像;最后,结合果穗边界检测、籽粒分割和有效性鉴定等技术提取出果穗表面上有效籽粒。试验结果表明,该文方法和系统较好地平衡了玉米果穗考种的效率和精度,图像采集和计算平均效率达15穗/min和4穗/min,穗长和穗行数指标计算精度可达99%和98.89%,可为研发全自动、高通量玉米果穗表型检测装置提供有益借鉴。     

玉米苗期杂草的计算机识别技术研究

利用计算机视觉技术和人工神经网络技术对识别玉米苗期田间杂草进行了研究。首先利用类间方差最大自动阈值法二值化杂草图像的超绿特征,再进行连续腐蚀与膨胀,然后根据长宽比、圆度、第一不变矩3个形状特征由BP网络识别出玉米幼苗,最后利用种子填充法从阈值分割结果中擦除玉米目标,剩余的就是杂草目标。研究表明,基于BP网络的杂草识别算法对玉米幼苗与杂草的正确识别率分别为87.5%和93.0%,处理一幅640×480像素的杂草图像平均耗时约为58 ms。     

基于机器视觉的玉米果穗参数的图像测量方法

在玉米育种和品质研究中,经常需要对玉米的果穗长度、果穗宽度、穗行数、穗粒数等参数进行测量。该研究提出了一种基于机器视觉的玉米果穗参数图像测量方法。使用PC摄像头连续采集旋转台上的玉米果穗图像,经过图像处理,获得玉米穗的图像区域,进而得到玉米果穗的穗长和穗宽参数;通过对玉米果穗局部区域的x方向和y方向累计像素值曲线进行分析,提取出玉米穗行,获得每一穗行的穗粒数和穗行宽度;通过图像匹配,获得玉米果穗的穗行数。试验表明,使用该研究方法对玉米果穗的长度、宽度和穗行数的参数测量准确率可达98%以上,对穗行宽及总穗粒数测量准确率达95%以上,整穗的平均检测时间约102 s/穗。该研究实现了玉米果穗参数快速有效的自动检测,相对于目前采用的人工检测,大大提供检测效率,降低劳动强度,可应用于玉米千粒质量检测、产量预测、育种和品质分析等场合。     

基于计算机视觉技术的油菜冠层营养信息监测

为了探讨利用计算机视觉技术监测油菜长相长势的可行性,在大田自然条件下,用数码相机构建了计算机视觉系统,获取、分割图像,用逐步回归的方法建立了用颜色值监测叶绿素含量、全氮含量、碳氮比值的最优模型,模型具有较好的预测性。试验结果表明：在大田自然光照条件下,用数码相机采集油菜图像,监测冠层叶绿素含量、全氮含量、碳氮比等生理指标是可行的。     

基于色度域划分的马铃薯绿皮检测方法

绿皮是马铃薯品质缺陷之一。为了检测马铃薯的品质,该文提出了一种基于色度域划分的马铃薯绿皮检测方法,从量化角度实现了马铃薯表皮颜色信息的提取。利用基于统计的逐步判别分析方法和支持向量机识别方法构建模型,因局限于特定样本集的特征空间,识别结果稳定性不好。该研究克服了上述方法的缺点,提取色度作为模式识别的特征,并确定了区分正常和绿皮马铃薯的有效色度值区间57～64,再结合二次阈值判别方法对马铃薯的绿皮进行检测。试验结果表明该方法简单、识别率高,而且稳定性强。