[发明专利]一种基于计算机视觉的大豆株间杂草自动识别装置及方法

权利要求书

1.一种基于计算机视觉的大豆株间杂草自动识别装置，其特征在于，包括：暗室系统、灰度相机、计算机、蓝色LED灯、变压器和镜子；

所述暗室系统由型材搭建而成，外部覆盖有黑色吸光幕布，暗室系统的内部顶端固定有灰度相机，灰度相机与计算机相连接，所述暗室系统的内部中间固定有六盏蓝色LED灯，蓝色LED灯与变压器相连接，暗室系统的内部底端固定有六面倾斜角度调整好的镜子；每面镜子与另一侧的相应的镜子平行。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述灰度相机到地面的高度范围为600-1460毫米。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于：灰度相机带有520nm滤光透镜。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述六面镜子中的四面镜子的下边缘与水平线夹角为35°。

5.一种基于计算机视觉的大豆株间杂草自动识别方法，使用权利要求1-4任一所述的装置，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、用蒸馏水清洗大豆种子，干燥，用有效剂量的荧光素溶液浸泡大豆种子，浸泡好后播种；

步骤2、大豆种子长出子叶后，能够使用识别装置进行杂草自动识别；调整好蓝色LED灯的倾斜角度，使得光线能够均匀射向大豆苗，且不会与镜子产生反光现象；

步骤3、调整变压器的电压值至合适值，蓝色LED灯的亮度随之变化，使光线平稳射向植物；

步骤4、调整好镜子和相机的位置，操纵计算机，调整灰度相机的曝光值和增益值并保持不变，最终蓝色LED灯、相机和镜子的相对位置固定；

步骤5、装置在田间行走作业时，相机实时拍摄，通过相应算法捕捉大豆苗处于镜子中央的图片；

步骤6、利用相机拍摄的七个视角的七张图片，结合算法，连线求交点，能够处理任意数量和任意位置的杂草干预情况，精确定位大豆苗在田间的位置。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤1中，种子干燥后，在120ppm荧光素溶液中浸泡48h或96h，暗室环境。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤6如下：

S61、将相机拍摄的七个视角的图片进行图像二值化；

S62、从二值化图像中定义出感兴趣区域；

S63、从感兴趣区域中识别出有效感兴趣区域；

S64、求解每个有效感兴趣区域的质点；

S65、根据有效感兴趣区域的质点，作出相应的直线，求解大豆苗根部的真实位置。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤6具体如下：

利用计算机基于MATLAB进行中值滤波和图像锐化操作，从图像中提取荧光信号，根据灰度值的差异设置阈值来提取大豆子叶的二值化图像，经过开闭运算去除噪音点；

去除荧光信号不强的区域；

首先计算出所有荧光区域的面积，然后遍历每一对中心对称的荧光区域，若该对中的每一个荧光区域与6个荧光区域面积的最大值之比都小于0.3，那么该对荧光区域就都判定为无效；按照此法遍历三对中心对称的区域后，遍历剩余的有效区域，如果一对有效区域中面积较小的值与面积较大的值之比小于0.5，那么该对有效区域中较小面积的区域无效，较大面积的区域有效；

根据有效荧光区域定位出豆苗根部的位置：

如果一对中心对称的感兴趣区域中的荧光信号都有效，那么就连接这对感兴趣区域的质点做出一条连线；如果一对中心对称的感兴趣区域中的一个感兴趣区域失效，那么按照平面镜的成像原理仍然能做作出一条垂线，实体的位置在图像的位置垂直于镜面与地面的交线的直线上；按照此法遍历三对感兴趣中的荧光区域，并作出相应的直线；

若最后形成3条直线，那么大豆苗根部的真实位置就是三条直线两两相交的3个交点的质点；若最后形成2条直线，那么大豆苗根部的真实位置就是两条直线的交点；若最后形成一条直线，则作直线竖直的中心线，求解该直线与中心线的交点，交点为大豆苗根部的真实位置。