[发明专利]一种植物果实微尺寸变化视觉检测系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机视觉技术领域，尤其是指一种植物果实微尺寸变化视觉检测系统及方法。

背景技术

水资源问题一直被许多国家和地区所重视，节水问题一直是国内外农业研究的热点。在我国，农业用水量占国民经济总用水量的70％左右，并且随着我国经济的快速发展，城市和工业用水日益增加，农业可用水量不断减少，因此研究分析提高水的利用率和节水技术对于实现国民经济可持续发展，保障我国粮食安全和水安全具有非常重要的意义，也是建设社会主义新农村的重要内容。另外，水是果实生长的重要因子，水分过多或不足，会造成果实生长发育发生生理障碍，降低果实产量，影响果实品质，相应也会影响经济效益。果实节水灌溉能显著降低土壤含水量，改善土壤结构，优化果实生长环境，增加深层土壤的根系密度，为获得较高产量、提高浆果品质奠定基础。

要实现果树种植业的可持续发展，就迫切要求灌溉朝着精细、准确的目标发展，这种精细、准确的基础就在于对果实需水要求的准确、及时预报和水量的自动控制、精确施予，果树的精准灌溉能在提高果实品质和产量的同时达到节约水资源的目的。实现精确灌溉的依据在于掌握所要灌溉果树的需水特征、什么时候需水、需要多少水等参数。即实施精确灌溉需掌握详细的果树的需水资料，运用先进的信息化技术实时监测与诊断果树的水分状况。

对果实水分状况进行准确、快速、可靠的评价是果树精确灌溉的理论基础。果实水分吸收和散失的过程是果实本身各个器官和其所生长环境间相互作用和反馈影响的结果。以往的水分评价指标大体分为三类。一类是以土壤为对象，这是传统上常用指标；第二类以环境为对象，通过对环境条件的变化估计果树需水量。第三类直接以果实本身为对象。其中第一类和二类指标为间接指标，以间接指标评价果实水分通常比较迟钝，精度低。而以果树本身生理变化评价水分缺失是将植物视为“会说话的植物”，用作物本身的生理变化评价作物的水分是作物缺水诊断严重一个主要的分支，其中以植物果实大小变化评价水分状况可以在不破坏植物果实和果实正常生长情况下连续测量的物体变化量，因此，用于指导作物精确灌溉的潜力非常大。

目前，植物果实测量主要利用基于线性位移传感器的接触式测量方法，接触测量装置的不足之处在于测量时与果实表面接触，会影响果实的正常生长，测量结果难以真实反映植物的生理状况。

中国专利公开号CN1515147A，公开日2004年7月28日，名称为“基于植物器官微尺寸变化检测的智能节水灌溉系统”的发明专利中公开了一种基于植物器官微尺寸变化检测的智能节水灌溉系统。由传感器、转换放大电路、单片机测控通讯系统组成。将传感器装夹于被测植物的有代表性的叶片或果实上，传感器输出的测量信号传输给转换放大电路放大后，经过数模转换后传输给微处理器，再由微处理器定时传输到主控计算机上，主控机根据对测量数据进行处理与分析的结果决定是否开启灌溉系统的电子开关，从而实现了对被灌溉植物的闭环控制。不足之处在于检测植物器官微尺寸变化的传感器仍需要接触果实，影响果实的正常生长。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中植物果实测量的方法需要接触植物果实，影响果实的正常生长，测量结果难以真实反映植物的生理状况缺点，提供一种不需要接触植物果实就可以准确检测果实尺寸变化的植物果实微尺寸变化视觉检测系统及方法。

本发明的目的是通过下述技术方案予以实现：

一种植物果实微尺寸变化视觉检测方法，包括以下步骤：

第一步，图像采集装置对果实的图像进行采集；

第二步，图像预处理模块通过图像去噪算法对采集的果实图像进行降噪处理，降噪处理后能有效提高图像信噪比，以利于果实直径获取；

第三步，果实子图像提取模块对降噪处理后的图像通过OTSU阈值分割转换为二值图像，然后标记二值图像中所有区域并提取出包含目标果实的最小矩形区域，对目标果实区域延伸尺寸得到新的定位区域，依据新的定位区域从降噪后图像提取出降噪图像的子图像，该子图像为目标果实子图像；

第四步，果体区域定位模块对二值图像进行凹点探测和边界搜索确定出果实梗和果实体连接处凹点，得出果体区域，再由果体区域通过边界提取算法得到果体边界；

第五步，果实直径计算模块利用果体区域定位模块中确定的果实体边界进行列扫描，计算扫描列上果实对应边缘点间距离，扫描完整个果实体后得到果实体像素面积，由像素面积及像素点尺寸计算出果实直径。

作为一种优选方案，第二步的降噪处理的方法为：