[发明专利]植物株高自动测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于数字图像处理技术，具体涉及一种植物株高自动测量装置及方法，该装置能够自动计算植物的株高，适用于数字化农业领域。

背景技术

数字图像处理与模式识别技术在几十年内得到迅速发展并在工业自动化、智能交通、卫星遥感、军事侦察、生物医学等应用领域中得到广泛的应用。利用数字图像处理技术进行植物参数的自动提取是一种非常有前途的技术，尤其在数字化农业日益推广的今天。计算机视觉技术已经开始得到植物学等基础学科研究人员的关注，国外出现了一些成熟的产品，国内基本上还处在实验室阶段，而且从事的人员也很有限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种植物株高自动测量装置及方法，该装置能够自动计算植物的株高。

本发明提供的植物株高自动测量装置，包括皮带1、调速电机2、气泵3、气动装置4、CCD相机5、背景幕布6、电动旋转台7、图像采集卡8、旋转台控制器9、计算机10，架设的皮带1与调速电机2相连，气泵3位于皮带外部并与皮带内侧边缘的气动装置4相连，在气动装置4旁的皮带中部装配一个电动旋转台7，电动旋转台7与旋转台控制器9相连，旋转台控制器9又通过串口与计算机10相连，CCD相机5利用三脚架支持并固定，其镜头正对电动旋转台7和背景幕布6，CCD相机5、电动旋转台7及背景幕布6的中心在同一条直线上，CCD相机5通过数据接口与图像采集卡8相连，图像采集卡8则通过PCI插槽与计算机10连接。其中，包括皮带1、调速电机2、气泵3、气动装置4构成流水线系统，CCD相机5和背景幕布6构成可见光CCD成像系统。

植物株高自动测量方法，按以下步骤进行：(1)将盆装植物放入皮带上输送至电动旋转台时，由气泵带动气动装置将水稻推上电动旋转台，计算机控制旋转台旋转，由CCD相机拍摄每个角度下植株的RGB彩色图片，再由数字传输线通过图像采集卡传送入计算机；(2)计算机通过株高提取算法后得植株高度。

株高为自土面至最长叶片顶点的长度，计算的基本步骤是：遍历全部角度的叶片图像，找出每个角度的最长叶片的投影长度记为每个角度的植株投影株高，这些投影株高的最大值就是这个植株的株高。这样做是因为最长叶片只有在其所在平面与拍摄平面垂直时，投影株高才为其真实株高，其余角度下投影长度都要比真实长度小，所以需要扫描每个角度下所有的投影株高。每个角度下的投影株高可以通过图像分割、骨架提取和叶片路径搜索来计算。最后求出所有角度下投影株高的最大值得到植株的株高。

由于在整个计算机的处理过程中不会利用到颜色信息，并需要将绿色和背景色(蓝色)区分出来，以分割出图像中植株的绿叶部分。在拍摄时背景是和叶片绿色很容易区分的蓝色，因此可以采用RGB彩色空间最为方便和直接。本发明采用比较绿色(G)和蓝色(B)光的强度作为是否为绿叶的判据，以达到将图像分割的目的。这样可以大大减小图片占有内存的空间，提高运算速度。骨架可以理解为图像的中轴，是描述图像几何拓扑性质的重要特征之一。因此，可通过检测图像的骨架特征来实现对植株叶片路径的识别。由骨架提取后的数据实现对叶片路径的搜索，搜索工作主要分为两步：1)寻找叶片的起始端；2)由起始端开始进行遍历。

本发明由预设的电脑程序控制，采用流水线，将待提取参数的样品送上电动旋转台，由CCD成像系统拍摄单个角度下的植株图像，由计算机将所得图像进行图像分割，从分割后二值图像经过骨架提取和叶片路径搜索计算得到该角度下投影株高。最后求出所有角度下投影株高的最大值作为植株的高度。

本发明利用CCD成像的方法，从图像中自动计算出株高，具有安全无损、测量结果准确可靠等优点。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明的株高提取程序流程框图；

图3为本发明的骨架提取结果图

图4为本发明的路径搜索结果图；

图5为上三叶完整路径结果示意图；

图6a为遍历最高叶片所得株高结果图；

图6b为遍历所有叶片所得株高结果图。

具体实施方式

下面结合附图和实例对发明作进一步详细的说明。