[发明专利]棉花检测分割计数方法及系统

权利要求书

1.一种棉花检测分割计数方法，其特征在于，包括：

结合颜色特征，计算h通道直方图，得到图像背景、前景的掩模图矩阵，初始化grabCut分割算法，进行分割；

对分割后的图片进行初步的形态学处理，过滤掉较小面积的区域，以及填补区域中的闭合性孔洞，提取每个连通域的相关属性；

区域合并，对于满足条件的两个连通域，将其合并为一个区域；

区域分裂，对于面积大于预设的第一面积阈值，且长短轴之比大于预设的长短轴之比阈值的连通域，将其分裂为两个单独的区域；

对分裂后的单独的连通域进行棉花的计数；

对于每张棉花图像，计算其h通道的颜色直方图，在直方图的两个区间上分别计算最大值，得两个峰值，计算区间两个峰值间的最小值坐标；

将h通道图中像素值小于小峰值的点作为确定的背景点；将大于大峰值的部分作为确定的前景点；将大于小峰值且小于最小值坐标的部分作为可能的前景点；将大于最小值坐标且小于大峰值的部分作为待定的背景点；标记完成得到掩模矩阵mask；

随后使用grabCut分割算法进行分割，将上一步得到的mask掩模矩阵来初始化grabCut分割算法，进行分割，算法迭代一定次数，分割完成后，得到初步分割后的棉花前景区域；

对分割图进行连通域的检索，对每个连通域分别计算其面积大小，将面积小于第二面积阈值的连通域删去，对各个连通域填补孔洞；

重新检索所有连通域，并对每一个连通域分别求取其边缘轮廓与最小外接矩形，对于每个区域的最小外接矩形，再计算其长宽之比作为区域的长短轴之比，并且计算最小外接矩形的每条边的倾斜角度与中点位置，为每个连通域的相关属性；

对于某个连通域的外接矩形，计算其四条边与所有其它外接矩形各边的角度差值；

如果其中两条边的角度差小于20°，则认为两条边存在平行关系，再判断该两条边的距离；

如果其中两条边的角度差小于50°大于20°，则认为该两条边距离足够近，此时两条边平行，且其距离非常近，则认为这两个最小外接矩形内的连通域是被物体隔断，需要合并为一个区域；

对于需要合并的两个区域，分别单独提取出来，采用闭运算操作将两个区域的间隙连接起来；

重复上述操作，直至检测不到平行且相近的边为止；

对于两个连通域的边进行对比检测时，采用列表保存符合条件的两个区域以及边的信息；并且对于两个连通域，在列表中仅维护一条信息，若后续检测到这两个区域的距离更近的边，则更新列表中该条信息，保证在一次合并中对两个区域仅进行一次合并操作，避免重复操作；

如果一个连通域面积大于第一面积阈值，且长短轴之比大于长短轴之比阈值，则认为该区域具有棉花重叠或粘连的情况，需要进行区域的分裂；

其中，

将需要分裂的连通域单独提取出来；采用距离变换算法，计算连通域中每个点到离其最近背景点的距离，将该距离作为该像素点的值；

得到距离变换之后的灰度图，对该灰度图进行循环的阈值分割，每次将阈值升高，直至分割后的图像检测出两个连通域；

求取两个连通域的中心点坐标，作为分裂后两个单独区域的中心；

连接两个中心点，比较两个连通域面积的大小，将分裂点位置向面积大的区域进行偏移；

以该分裂点位置为基准点，沿着垂直于连线的方向，将需要分裂的连通域分裂为两个单独的连通域；

重复上述过程，直至检测不到面积大于第一面积阈值，且长短轴之比大于长短轴阈值的区域为止；

距离变换算法流程如下：

输入图片为二值图像F，前景为1，背景为0；

使用从左上开始、从左往右、从上往下遍历矩阵F的掩模maskL，将矩阵中像素点P点元素的值作如下更新：

F(P)＝min{F(P),D(P,q)+F(q)},P∈F,q∈maskL；

其中，D(P,q)是点P与q所在位置像素的距离；

利用从右下开始、从右往左、从下往上遍历矩阵F的掩模maskR，将矩阵中P点元素的值作如下更新：

F(P)＝min{F(P),D(P,q)+F(q)},P∈F,q∈maskR；

最终得到两次更新的矩阵，即为距离变换的结果；

区域合并与分裂的步骤完成后，重新检测图像中所有的连通域，计算每个连通域的最小外接矩形，使用opencv绘制最小外接矩形框，呈现白色棉花的检测结果，并统计连通区域的个数，作为棉花计数的输出结果。