[发明专利]长叶柄轴对称植物叶片中轴及其长度的图像检测方法

摘要

发明公开了一种基于图像的长叶柄轴对称植物叶片中轴自动检测和叶片长度自动测量方法，用扫描仪采集包含叶柄的叶片图像；经阈值分割和形态学处理得到叶片区域；根据叶柄形状细长的特点检测叶柄区域，将其去除后获得叶面区域；提取叶片骨架，以与叶柄相邻的骨架点为中轴起点；用叶面骨架重构叶面区域，扩展和标记骨架，求取骨架单元间的邻接矩阵；由该邻接矩阵穷举所有由中轴起点到骨架端点的骨架路径；用等面积准则和最大曲率准则确定中轴；用折线拟合中轴，以拟合折线长度和扫描分辨率确定叶面长度。本发明能自动完成长叶柄轴对称叶片中轴检测并计算叶片长度，可提高测量准确度，减轻劳动强度，便于实现相关植物信息的自动管理分析。

主权项

1.一种基于图像的、针对具有较长叶柄的轴对称植物叶片的中轴检测及叶面长度测量的方法，包括以下步骤： i.利用扫描仪采集所摘取的长叶柄轴对称叶片的图像I；记录扫描时的物理分辨率s，以点/英寸（dpi）为单位； ii.对叶片图像I，利用固定阈值进行二值化，得到二值图像B；阈值通过实验方式获得； iii.利用一个半径为 的圆盘形结构元素对B进行数学形态学开运算，得到二值图像B_open； iv.对B_open利用现有标准的孔洞填充方法填充叶片区域中的孔洞，然后利用现有标准的连通域标记算法找出填充了孔洞的二值图像中的各个8-连通区域，保留其中面积最大者作为叶片区域，由此得到叶片的二值图像L； v.利用现有标准的骨架化方法提取叶片L的骨架K_full； vi.在叶片图像L中提取出叶柄区域P与叶面区域F； vii.利用叶面区域F和完整叶片骨架K_full的与操作获得叶面的骨架K；在K中找到一个骨架点（即白色点）p_root=(x_root,y_root),K(x_root,y_root)=1，使得在p_root的8邻域位置上至少存在一个P中的白色点；如果有多个这样的K中的骨架点，则取所遇到的第一个点作为p_root； viii.计算K的m-邻居数映射图N_m，m-邻居数映射图N_m定义为 ix.根据N_m对叶面骨架K进行标记，得到骨架标记图M_K以及骨架单元的邻接矩阵A_K； x.根据叶面骨架K进行叶面区域重构，得到重构叶面区域二值图像F_rc，并且根据N_m进行叶面骨架的扩展，以使得骨架的端点都落在重构的叶面区域的边缘上，所得到扩展的叶面骨架标记图记为M_ex； xi.从M_ex中读取p_root点的标号l_root，然后根据邻接矩阵A_K，从l_root所对应的行开始，根据现有标准的深度优先树搜索算法进行搜索，穷举所有由叶面扩展骨架中l_root对应的骨架单元出发、到某一其他骨架端点为止的骨架路径；穷举得到的骨架路径的集合记为C； xii.根据等面积准则和最大曲率准则，从C中选择一条路径a_med，该路径即为检测得到的叶面中轴； xiii.给定拟合误差限ε_fit，利用现有标准的拆分折线拟合方法，得到a_med的一条拟合折线； xiv.计算出以像素计的拟合折线长度l，然后根据图像采集阶段记录的图像的物理分辨率s，按下式得到实际的叶面中轴长度即页面长度l_w： 。