[发明专利]一种采用平行线取样的田间红提葡萄整体成熟度检测方法

权利要求书

1.一种采用平行线取样的田间红提葡萄整体成熟度的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)采集红提葡萄不同成熟度下的原始图像；

(2)对采集到的原始图像进行预处理；

(3)对预处理后的样本图片进行图像增强操作，以扩充训练样本；对图像进行水平翻转和上下翻转；对图像进行仿射变换，包括平移、缩放和旋转；对图像进行光照调节，使得图像变得更暗；

(4)利用先验知识对扩充后的训练样本进行人工标注；

(5)使用标注后的样本文件建立PASCAL-VOC2007格式的数据集；

(6)利用建立好的数据集训练Faster-RCNN检测网络，获取葡萄成熟度的分类检测模型；

(7)输出并保存葡萄成熟度的分类检测模型；

(8)利用训练后的模型进行检测，以矩形框的形式自动标记葡萄位置；

(9)统计三种类别葡萄的个数，利用下列公式计算葡萄的成熟度：Maturity＝(α1*n1+α2*n2+α3*n3)/N,其中Maturity为因变量，代表葡萄的成熟度；α1、α2和α3为常系数，分别代表绿色葡萄的成熟度权重、红色葡萄的成熟度权重和萎蔫葡萄的成熟度权重，分别取值为0、0.5和1；n1、n2和n3为自变量，分别代表绿色葡萄的个数、红色葡萄的个数和萎蔫葡萄的个数；另外N＝n1+n2+n3，N表示检测到的葡萄总数；

(10)根据葡萄成熟度的计算结果，设置成熟度区间阈值，判断结果所在区间，对区间进行划分；对落在不同成熟度区间内的葡萄园区提出合理化建议；对不同区间分配不同处理任务，辅助葡萄园区人员做出合理化决策；

(11)采用平行线取样法对果园中的葡萄进行图像采集，在每隔10列葡萄树的间隙处架设相机滑动导轨；设置滑块滑动时间和相机拍摄延迟时间，配合相机抓拍功能，对葡萄树进行图像采集；

(12)对平行线取样法采集到的图片进行预处理；步骤和处理内容与上述步骤(2)完全一致；是针对遮挡部分的葡萄串，不予考虑；针对只拍摄到背景的图片，不予处理；

(13)利用步骤(7)保存的检测模型对图片进行成熟度的检测；利用步骤(9)的成熟度计算公式判定园区内全部葡萄的综合成熟度；利用步骤(10)对落在不同成熟度区间内的葡萄园区提出合理化建议。

2.根据权利要求1所述采用平行线取样的田间红提葡萄整体成熟度的检测方法，其特征在于，所述步骤(2)原始图像进行预处理是将原始图像的格式转换为JPG，并统一图像的位深度为24，宽度为500像素，高度为375像素；对转换后的图像使用高斯滤波器进行滤波处理，去除葡萄表面可能存在的斑点噪声；对图像进行人工规则分幅裁剪，使用矩形框截取只包含红提葡萄果实的部分，获取ROI(region of interest，感兴趣区域)；利用ACE(自适应对比度增强)方法对ROI进行对比度增强，提高视觉效果，提升图像检测效果。

3.根据权利要求1所述采用平行线取样的田间红提葡萄整体成熟度的检测方法，其特征在于，所述步骤(4)的具体操作是对增强后的图像进行先验知识的人工标注，利用矩形框框选出所有单颗葡萄，单颗葡萄类型共有三种，即：grape1、grape2和grape3，分别代表单颗绿色的未成熟葡萄、单颗红色的成熟葡萄和单颗萎蔫葡萄即熟透烂掉葡萄；标注完由经验丰富的果园管理人员进行逐一复核；最终每张图片均生成对应的XML文件。

4.根据权利要求1所述采用平行线取样的田间红提葡萄整体成熟度的检测方法，其特征在于，所述步骤(5)使用标注后的样本文件建立PASCAL-VOC2007格式的数据集；PASCAL-VOC2007格式的数据集的一级目录包括三个文件夹：Annotations、ImageSets和JPEGImages，Annotations文件夹用于存放标注后的XML文件，ImageSets文件夹包括训练和测试用到的TXT文件，JPEGImages文件夹用于存放图像增强后的JPG图片；利用该数据集生成YOLOv3所需的train.txt文件、val.txt文件和test.txt文件。