[发明专利]一种基于作物冠层航拍俯视图的甘蔗株数自动识别方法

权利要求书

1.一种基于作物冠层航拍俯视图的甘蔗株数自动识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A：采用无人机航拍的形式采集田间甘蔗作物的冠层俯视彩色图像，并对图像中蔗叶的正俯视部分进行剪切处理，获得目标原图；

步骤B：对目标原图进行处理，得到蔗叶白经初步分割后的二值图；

步骤C：对步骤B得到的二值图进行背景噪声及杂质处理；

步骤D：对经步骤C处理好的二值图进行去毛刺处理；

步骤E：对经步骤D处理好的二值图中同根断裂的白经进行断经重连操作，并剔除较短的白经，得到较为干净的白经提取图；

步骤F：从步骤E得到的白经提取图中提取蔗叶白经的端点，得到端点提取图；

步骤G：在端点提取图的基础上，依据株心区域端点密集程度，进行DBSCAN聚类并计算各类株心区域的平均值近似作为株心坐标并统计坐标个数即为株数。

2.根据权利要求1所述的甘蔗株数自动识别方法，其特征在于，所述步骤B具体包括：

步骤B1：对目标原图依次进行灰度化处理和形态学操作，分别得到初始灰度图像和背景图(无白经)；

步骤B2：对初始灰度图与背景图(无白经)进行图像减法操作，得到灰度图；

步骤B3：寻找灰度图的最佳分割阈值，进行二值化处理得到蔗叶白经初步分割后的二值图。

3.根据权利要求1所述的甘蔗株数自动识别方法，其特征在于，所述步骤C具体包括：

步骤C1：对二值图依次进行骨架细化处理、去噪处理、孔洞剔除处理；

步骤C2：对二值图中各连通域进行轮廓追踪处理，得到连通域的最小外接矩形；

步骤C3：判断各连通域是否是蔗叶的白经，若不是，则删除该连通域；若是，则保留该连通域。

4.根据权利要求1所述的甘蔗株数自动识别方法，其特征在于，所述步骤D具体包括：

步骤D1：对经步骤C处理好的二值图分类标记出图像中的边界点和端点、分岔点和交叉点；

步骤D2：检查每个端点和边界点，统计端点或边界点到其所在连接分支上最近的分叉点或交叉点的长度，即为该端点或边界点对应的毛刺长度；

步骤D3：删除毛刺长度阈值小于设定值len1的毛刺。

5.根据权利要求1所述的甘蔗株数自动识别方法，其特征在于，所述步骤E具体包括：

步骤E1：对经步骤D处理好的二值图判断各连通域是否是白经区域(白经常为一段平滑的曲线)，若是白经区域，则对白经区域的端点和区域中间点进行标记，再进行一次曲线拟合处理；若不是，则不作处理；

步骤E2：对需连接的白经的端点进行筛选；

步骤E3：确定可连接曲线的唯一性：每条参考曲线至多只有一条曲线可连接，从待连接的曲线左端点中选择与之对应的参考曲线右端点之间欧氏距离最小的端点；

步骤E4：对提取出的断裂白经的端点对在二值图中进行断经重连；

步骤E5：剔除长度阈值小于设定值len2的白经，得到较为干净的白经提取图。

6.根据权利要求5所述的甘蔗株数自动识别方法，其特征在于，所述步骤E1的具体步骤为：

步骤E11：判断各连通域是否是白经区域，若是，则存储该连通域的所有坐标，并标记白经的左端点(X_0L,Y_0L)和右端点(X_0R,Y_0R)；若不是，则不作处理；

步骤E12：将各白经的连通域的坐标按照主趋势方向的坐标进行降序排列，并存储白经上中间点的坐标；其中，若|X_0L-X_0R|≥|Y_0L-Y_0R|，则该白经的主趋势方向为行方向；否则，为列方向；

步骤E13：对各白经的连通域进行一次曲线拟合。

7.根据权利要求5所述的甘蔗株数自动识别方法，其特征在于，所述步骤E2的具体步骤为：

步骤E21：曲线位置判断：待检测曲线位于参考曲线的右下方向或者右上方向，即待检测曲线位于参考曲线的延伸方向上；

步骤E22：确定待比较的两条曲线的斜率同号且波动范围在设定阈值k_vary内：

k_ref，k_test分别为参考曲线和待检测曲线的一次曲线拟合斜率，即满足：

k_ref×k_test>0且

步骤E23：确定参考曲线与待检测曲线两者的长度和(像素和)在设定范围p_min～p_max内，以防止连接的曲线过短或过长，与实际白经长度不符；

步骤E24：使两曲线的中点连线的斜率与两曲线的拟合斜率近似，若参考曲线中点与待检测曲线中点连接后线段的斜率为k_mid，则满足：

步骤E25：使参考曲线右端点与待检测曲线左端点的连线所得到新线段的斜率与参考曲线的拟合斜率同号；

步骤E26：若参考曲线右端点与待检测曲线左端点的欧氏距离小于设定阈值d_min，则将该待检测曲线的左端点存储到对应参考曲线右端点的待连接端点对中。