[发明专利]一种作物冠层半球图像处理方法及装置

说明书

本发明公开了一种作物冠层半球图像处理方法和装置，所述方法包括：获取若干个光照相同、曝光时间不同的作物冠层半球图像；根据像素点的亮度范围和每个图像的曝光时间，确定每个图像中每个像素点对应的光照强度；根据每个图像中每个像素点的光照强度，计算所有图像每个像素点的平均光照强度；将每个像素点的平均光照强度的取值区间分为256个子区间，并将每个子区间内的平均光照强度映射至256色的RGB值，得到处理后的图像。本发明处理后的图像消除了光照的影响，同时通过控制曝光时间，能够克服不同光照条件和不同曝光时间对植物图像的影响，使用相同阈值得到的二值化图像结果相差较小，有利于当前作物冠层结构参数的进一步研究。

技术领域

本发明涉及农业信息技术领域，具体涉及一种作物冠层半球图像处理方法及装置。

背景技术

作物冠层结构参数对于研究作物生长情况具有重要的作用，半球图像(Hemispherical Photography)法是主要的冠层结构参数获取的间接方法，半球图像的植株和天空背景二值化是影响冠层结构参数计算的最主要因素。

对于图像的二值化分割，现有技术采用优化的颜色空间来分割植物图像，但不同植物颜色空间的分割阈值需要人工调整。或者利用植物叶片中含有叶绿素这一特性，提出绿色分量强化法，该方法假定植物像素和背景像素线性变换后可投影到不同的空间平面上，根据事先计算的阈值对平面进行划分，但是该方法中阈值的选取受光照强度的影响。为了解决变化光照的影响，现有方法以多重颜色特征作为分类向量，采用机器学习分类方法区分植株像素和背景像素，试验表明该方法自动化程度较高，但图像中的高光和阴影部分仍有较高错分率。为了避免变化光照对图像二值化的影响，作物冠层半球图像在日出后1h或者日落前1h内(直射光少、散射光多)获取，但这种方式限制了半球图像法的适用范围。当处于其他时间点时，上述二值化方法结果精度误差较大。

现有技术中一方面由于成像设备在不同光照条件下采取的曝光时间不同，致使不同时段获取的图像颜色亮度差异较大，在图像分割时阈值很难统一；另一方面由于作物叶片对阳光有一定透射作用，在直射光较强的条件下，顶部叶片在图像上常显示为过度曝光，底部叶片受上方叶片投射阴影的影响，曝光不足，冠层复杂的亮度分布影响了二值化结果精度。因此，如何克服不同光照条件和不同曝光时间对植物图像的影响，以得到相同的二值化图像结果，是当前作物冠层结构参数研究的一大问题。

发明内容

由于当前作物冠层结构参数研究中存在不同光照条件和不同曝光时间对植物图像的影响，因此无法获取可使用同一阈值进行二值化操作的原始图像，本发明提出一种作物冠层半球图像处理方法及装置。

第一方面，本发明提出一种作物冠层半球图像处理方法，包括：

获取若干个光照相同、曝光时间不同的作物冠层半球图像；

根据像素点的亮度范围和每个图像的曝光时间，确定每个图像中每个像素点对应的光照强度；

根据每个图像中每个像素点的光照强度，计算所有图像每个像素点的平均光照强度；

将每个像素点的平均光照强度的取值区间分为256个子区间，并将每个子区间内的平均光照强度映射至256色的RGB值，得到处理后的图像。

优选地，所述根据像素点的亮度范围和每个图像的曝光时间，确定每个图像中每个像素点对应的光照强度，包括：

根据亮度值的取值范围以及像素点的亮度值、光照强度和曝光时间的关系，得到最小二乘函数D：

根据所述最小二乘函数D的极小值，计算得到每个图像中每个像素点对应的光照强度；