[发明专利]一种自动提取棉苗的方法及其装置

说明书

技术领域

本发明属于精准农业机械装备自动控制技术领域，尤指一种田间棉苗信息自动识别的方法及其装置。

背景技术

我国农业生产中不合理使用农药的现象普遍，已经导致了严重的农业生态环境污染，危害十分严重。一是防治次数多，农药使用过量，棉花生产中超过了50％；二是农药的有效利用率低，大田作物上只有20～30％，远低于发达国家50％的平均水平。因此，精准农业变量喷洒技术成为研究热点。要实现变量喷药，首要解决田间作物的病虫草害的自动识别，而作物植株的自动提取问题则是病虫草害自动识别的关键问题。

田间作物苗情的识别方法有人工监测、遥感监测和近地图像监测三种途径。

1)人工监测是在喷药作业之前，运用GPS或其它定位系统，人工自动记录所看到的田间作物发生病虫草害的位置，然后绘制成分布图，这种方法存在效率低下、劳动强度大、完全依赖人工经验，在大面积苗情观测上，人工监测显得无能为力。

2)遥感监测虽克服了人工监测的诸多弊端，但是，由于遥感图像的空间和光谱分辨率较低，主要用于识别一定生长期内大面积发生的几种病虫草害，致使识别率较低且定位精度低。

3)近地图像监测方法是利用机器视觉技术在距地面较近的条件下，捕获、处理和分析田间图像中所包含的作物、病虫草以及背景的信息，并自动识别出苗情，该方法能达到较高的识别率。棉苗的近地图像监测，通常是利用棉苗具有红色的茎的特征进行棉苗提取，由于地膜覆盖、棉叶扩展遮挡棉苗茎，以及土壤与棉苗茎的颜色相近等问题，用颜色自动提取棉苗的方法的识别率较低，该方法棉苗自动识别率通常低于80％。

发明内容

本发明的一目的在于提供一种自动提取棉苗的方法及其装置，用于实现识别率高的快速、自动提取棉苗。

为了实现上述目的，本发明提供一种自动提取棉苗的方法，其特征在于，包括：

步骤一，对棉苗田间彩色图像利用绿色植物和土壤颜色特征进行背景分割；

步骤二，对背景分割后得到的绿色植物，利用棉苗行距的位置特征进行棉苗带定位；

步骤三，对所定位的棉苗带，利用棉苗株距的位置特征进行单株棉苗定位及株数计数；

步骤四，根据棉苗株数利用棉苗和杂草的形状特征进行单株棉苗的提取，得到田间棉苗图像。

所述的自动提取棉苗的方法，其中，所述步骤一中，进一步包括：

将所述棉苗田间彩色图像，根据超绿颜色阈值指标转换为8bit的灰度图像；

将所述8bit的灰度图像转换为二值图像，绿色植物为白色的前景，土壤为黑色的背景。

所述的自动提取棉苗的方法，其中，所述步骤二中，进一步包括：

基于所述二值图像，根据棉苗行距基本恒定的位置特征，通过所述绿色植物的垂直投影得到所述绿色植物的垂直方向像素直方图，根据所述垂直方向像素直方图确定所述棉苗带的中心位置及其上下边界，并滤除上下边界外的杂草区域。

所述的自动提取棉苗的方法，其中，所述步骤二中，进一步包括：

根据所述垂直方向像素直方图的最大值，确定所述棉苗带的中心位置；

根据所述垂直方向像素直方图的最小值，确定所述棉苗带的边界分割阈值；

根据所述棉苗带的边界分割阈值，由所述棉苗带的中心位置开始分别向上下两边，搜索所述棉苗带的上下边界；

滤除所述棉苗带的上下边界外的杂草区域，把这些杂草区域置为黑色的背景。

所述的自动提取棉苗的方法，其中，所述步骤二中，进一步包括：

根据所述棉苗带的上下边界与中心位置的距离，修正上下边界。

所述的自动提取棉苗的方法，其中，所述步骤三中，进一步包括：

基于所述二值图像，根据棉苗株距基本恒定的位置特征，通过所述棉苗带的水平投影，得到所述棉苗带的水平方向像素直方图，根据所述水平方向像素直方图计算棉苗的株数，确定各单株棉苗的左右边界，并滤除左右边界外的杂草区域。

所述的自动提取棉苗的方法，其中，所述步骤三中，进一步包括：

根据所述水平方向像素直方图的最大值，确定上部株数阈值；

根据所述水平方向像素直方图的最小值，确定下部株数阈值；

求取所述上部株数阈值线与所述水平方向像素直方图曲线的第一左右交点；

求取所述下部株数阈值线与所述水平方向像素直方图曲线的第二左右交点；

由所述第一左右交点及所述第二左右交点，计数所述二值图像中棉苗的株数和各单株棉苗的左右边界；

滤除各棉苗植株左右边界外的杂草区域，把这些杂草区域置为黑色的背景。