一種玉米精準(zhǔn)施藥系統(tǒng)的作物行識別方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種玉米精準(zhǔn)施藥系統(tǒng)的作物行識別方法，步驟為：工業(yè)相機(jī)和鏡頭采集玉米田RGB彩色圖像；對獲取的RGB彩色圖像利用改進(jìn)的過綠灰度化算法灰度化；利用改進(jìn)的中值獲取方法的中值濾波去除圖像噪聲；最大類間方差法對去噪后的圖像二值化；采用形態(tài)學(xué)算法濾除二值化圖像的噪聲；基于馬氏距離和玉米葉脈規(guī)則提取作物行骨架；基于主骨架點(diǎn)的Hough變換將主作物行擬合為直線。本發(fā)明最大程度保留作物行信息、去除背景干擾，提高了運(yùn)算速度，基于馬氏距離和玉米葉脈規(guī)則提取準(zhǔn)確的作物行骨架，有效避免雜草等噪聲的影響，適應(yīng)不同作物及光照條件，作物行準(zhǔn)確率高于98.3%，為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中的噴藥噴頭自動(dòng)對準(zhǔn)提供了有效的方法。
【專利說明】一種玉米精準(zhǔn)施藥系統(tǒng)的作物行識別方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)工程的【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種玉米精準(zhǔn)施藥系統(tǒng)的作物行識別 方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在精準(zhǔn)施藥系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)施藥噴頭的自動(dòng)對準(zhǔn)，關(guān)鍵是作物行中心線的識別。數(shù)字 圖像處理算法在自動(dòng)識別方面具有很大的優(yōu)勢，是現(xiàn)代精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)。以往 的研究表明，作物行提取算法具有單一性和適應(yīng)性不強(qiáng)的缺點(diǎn)，農(nóng)作物生長的不同時(shí)期、光 照、及作物種類均會對算法的實(shí)現(xiàn)造成影響。設(shè)計(jì)一種滿足多種條件的作物行識別算法是 精準(zhǔn)施藥的重要問題。
[0003] 根據(jù)以往的研究，農(nóng)田作物行的識別算法一般是以農(nóng)田作物行或者作物溝的 中心線為研究對象。早在上世紀(jì)，Silsoe研究中心的Marchant和Brivot和瑞典專家 BjornAstrand以及比利時(shí)學(xué)者V.Leemans等都分別對行識別及導(dǎo)航算法做過相應(yīng)的研究， 并取得了一定的成果。近年來國內(nèi)也出現(xiàn)了不少這方面的研究，張志斌等將hough變換與 Fisher準(zhǔn)則相結(jié)合，根據(jù)壟線點(diǎn)空間關(guān)系得出多壟識別統(tǒng)一模型，克服傳統(tǒng)Hough變換提 取多壟線的不足；趙瑞嬌等將投影法和直接Hough變換法相結(jié)合，提出一種基于垂直直方 圖投影的改進(jìn)Hough變換檢測作物行中心線的方法；馬紅霞等將灰度圖像分成若干個(gè)水平 條，用垂直投影法找出導(dǎo)航定位點(diǎn)，并設(shè)置感興趣區(qū)域，在區(qū)域內(nèi)采用Hough變換對定位點(diǎn) 擬合得出導(dǎo)航基準(zhǔn)線。在作物行提取中，骨架提取算法也是重要的一環(huán)，提取的準(zhǔn)確性直接 影響作物行提取的準(zhǔn)確程度。傳統(tǒng)的骨架提取算法有三種，一是拓?fù)浼?xì)化的方法，二是基于 距離變換的方法，三是基于Voronoi圖的方法，但都存在部分缺點(diǎn)。徐超等提出了一種基于 歐式距離的新型骨架提取算法，具有一定的改進(jìn)效果。這些算法對農(nóng)田作物行提取算法都 具有一定參考價(jià)值，但算法復(fù)雜，且不能從根本上滿足農(nóng)業(yè)機(jī)械的需要，因此還需要進(jìn)一步 的研究和實(shí)驗(yàn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種玉米精準(zhǔn)施藥系統(tǒng)的作物行識別方法，該方 法可有效避免雜草等噪聲的影響，并且適應(yīng)于不同作物及光照條件，其作物行準(zhǔn)確率高于 98. 3%。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種玉米精準(zhǔn)施藥系統(tǒng)的作物行識別方法，包括以下步 驟： 51 :利用工業(yè)相機(jī)和鏡頭采集玉米田RGB彩色圖像； 52 :對獲取的RGB彩色圖像利用改進(jìn)的過綠灰度化算法進(jìn)行灰度化；其中，改進(jìn)的過綠 灰度化算法為：灰度化后的灰度值Gary為

【權(quán)利要求】
1. 一種玉米精準(zhǔn)施藥系統(tǒng)的作物行識別方法，其特征在于，其步驟如下： 51 :利用工業(yè)相機(jī)和鏡頭采集玉米田RGB彩色圖像； 52 :對獲取的RGB彩色圖像利用改進(jìn)的過綠灰度化算法進(jìn)行灰度化；其中，改進(jìn)的過綠 灰度化算法為：灰度化后的灰度值Gary為
53 :利用改進(jìn)的中值獲取方法的中值濾波去除灰度化圖像噪聲； 54 :利用最大類間方差法對去噪后的圖像進(jìn)行二值化處理； 55 :采用形態(tài)學(xué)算法濾除二值化圖像的噪聲； 56 :基于馬氏距離和玉米葉脈規(guī)則提取作物行骨架； 57 :基于主骨架點(diǎn)的Hough變換算法將主作物行擬合為直線。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的玉米精準(zhǔn)施藥系統(tǒng)的作物行識別方法，其特征在于，所述玉 米田RGB彩色圖像為玉米生長中期真實(shí)復(fù)雜環(huán)境的圖像。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的玉米精準(zhǔn)施藥系統(tǒng)的作物行識別方法，其特征在于，所述改 進(jìn)的中值獲取方法為：對于3*3的像素?cái)?shù)組M :
其中，a>b>c，d>e>f，g>h>i，e>b>h，d>a>g，i〈f〈c ;對矩陣的每個(gè)行向量進(jìn)行降序排列： a>b>c，d>e>f，g>h>i，e>b>h，則a、d、g中的最大值d即為矩陣M的最大值，c、f、i中的最 小值i為M的最小值，則
由于9個(gè)元素的中值，必大于四個(gè)元素，同時(shí)也小于四個(gè)元素，所以d、i、a、f、e、h都不 可能是中間值；排除以上六個(gè)像素之后，只需比較窗口矩陣中最大值中的最小值g、中值中 的中間值b和最小值中的最大值c，然后取三者的中值，該中值便是數(shù)組M的中間值。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的玉米精準(zhǔn)施藥系統(tǒng)的作物行識別方法，其特征在于，所述基 于馬氏距離和玉米葉脈規(guī)則提取作物行骨架的方法為：基于玉米葉脈規(guī)則確定玉米中心 點(diǎn)，將此中心點(diǎn)作為主骨架點(diǎn)；通過馬氏距離變換其他點(diǎn)得到距離圖像，對距離圖像進(jìn)行骨 架提取。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的玉米精準(zhǔn)施藥系統(tǒng)的作物行識別方法，其特征在于，所述馬 氏距離變換算法如下：
，其中，$表示其他點(diǎn)二維信息，：j!表示主 骨架點(diǎn)的二維信息，表示原始數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣的逆矩陣，表示其他點(diǎn)到主骨架 點(diǎn)的距離。
【文檔編號】G06K9/00GK104361330SQ201410710905
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年12月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月1日
【發(fā)明者】刁智華, 王子成, 毋媛媛, 錢曉亮, 賀振東, 王宏, 羅雅雯, 趙明珍, 吳貝貝, 魏玉泉 申請人:鄭州輕工業(yè)學(xué)院