[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

说明书

本发明提供了一种基于作物冠层航拍俯视图的甘蔗株数自动识别方法，其以无人机于自然光条件下俯视拍摄的田间甘蔗冠层图像为研究对象，采用数字图像处理技术对其进行田间复杂背景的去除以及蔗叶白经的初步提取；通过连接同根断裂的白经后提取白经的端点得到白经的端点分布图，最后依据株心区域端点密集的分布特性利用DBSCAN聚类算法从白经的端点图中识别甘蔗株心；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，由此实现对田间甘蔗株数自动识别。采用本方法对田间甘蔗进行计数，灵活性高，精度好，实施成本低，可有效减少人为主观因素造成的统计错漏，并提高甘蔗早期植株数量的自动化检测程度。

技术领域

本发明涉及一种甘蔗株数自动识别方法，具体是一种基于作物冠层航拍俯视图的甘蔗株 数自动识别方法，属于数字图像处理、图像分割和机器视觉技术领域。

背景技术

甘蔗是世界重要的糖料作物。甘蔗栽培学认为，合理的种植规格可促使水肥光热等生态 因素合理分配，从而获得更高的产量与更优的品质。因此，获取田间的甘蔗植株数量对于优 化不同甘蔗品种的种植密度、预测产量具有重要意义。目前甘蔗计数的主要方式仍然是基于 人工实地统计，即在甘蔗收获之前通过人工田间目测计数或抽样的方式进行数量估测，这种 计数方法费时费力、效率低下，且人工田间计数这种侵入式的计数方法对于田间环境具有破 坏性。另外由于每株甘蔗分孽的数目不同且甘蔗株与株之间距离紧凑，这种计数方法容易产 生视觉疲劳，易出错。

目前，基于图像处理技术进行目标物的数量统计，国内外学者们对此方面的研究有很多， 但基本上都是针对规则目标物的计数研究，比如种子、苹果、柑橘、火龙果等，此类目标物 具有简单的结构、规则的形状以及较少的重叠的特点。而对于甘蔗这种具有不同的姿态、重 叠和难以分割的非规则目标物的计数方法的研究则相对较少，且大多为基于遥感图像预测甘 蔗产量，实施成本高。因此需要开发一种针对甘蔗植株的方便、无损、高效的计数方法，以 为后期甘蔗品质及产量的预测提供技术支持。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于作物冠层航拍俯视图的甘蔗株数自动识别方法，其采用航 拍无人机高空正俯视拍摄甘蔗的冠层图像，利用甘蔗植株冠层蔗叶有由株心向四周发散的趋 势且叶片中间的白经明显的特点，通过对图像的处理提取甘蔗叶中间清晰的白经，并寻找白 经的发散中心点近似替代甘蔗的株心，由此实现甘蔗株数的自动识别，从而为田间甘蔗的计 数方式提供了一种更好的选择。

本发明的具体技术方案如下：

一种基于作物冠层航拍俯视图的甘蔗株数自动识别方法，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，统计坐标个数即为株数。

进一步的，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；