[发明专利]一种识别大田作物长势监控图像中绿色植物的方法及系统

摘要

本发明提供了一种识别大田作物长势监控图像中绿色植物的方法及系统。该方法包括首先在HSV颜色空间对大田作物长势监控图像中的图像元素进行颜色分布分析，得出绿色植物区别于其他背景图像元素的色调值范围和饱和度值范围；之后构建基于色调H的带通滤波器BPH(H)和基于饱和度S的带通滤波器BPS(S)，使大田作物长势监控图像依次通过带通滤波器BPH(H)和带通滤波器BPS(S)，即可将大田作物长势监控图像中除绿色植物外的其他背景图像元素给滤除掉，后续利用绿色因子法和阈值分割法就能识别出大田作物长势监控图像中的绿色植物。本发明能够正确识别复杂天气条件和复杂背景下拍摄的大田作物长势监控图像中的绿色植物。

主权项

一种识别大田作物长势监控图像中绿色植物的方法，其特征是，包括如下步骤：第一步、对大田作物长势监控图像中的图像元素在HSV颜色空间进行颜色分布分析，得出绿色植物图像元素区别于其他图像元素的最小色调值hmin、最大色调值hmax、最小饱和度值smin和最大饱和度值smax；本步骤中，大田作物为大田玉米，大田作物长势监控图像中的图像元素包括绿色玉米苗、土壤、麦秸、玉米秸、地膜和秸秆燃烧后产生的灰烬，所述土壤包括红土、黄土、黑土；第二步、构建基于色调H的带通滤波器BPH(H)，满足如下公式：式(1)中，H是大田作物长势监控图像中图像元素在HSV颜色空间的色调H分量；hmin为绿色玉米苗图像元素区别于土壤、麦秸、玉米秸、地膜、秸秆燃烧后产生的灰烬图像元素的最小色调值，hmax为绿色玉米苗图像元素区别于土壤、麦秸、玉米秸、地膜、秸秆燃烧后产生的灰烬图像元素的最大色调值，且hmin为35，hmax为135；第三步、通过带通滤波器BPH(H)从大田作物长势监控图像中滤掉色调与绿色玉米苗图像元素色调不符的图像元素，得到色调与绿色玉米苗图像元素色调相符的图像I1，图像I1在RGB颜色空间表示为：I1＝[R1,G1,B1]                                            (2)式(2)中，R1、G1和B1的表达式如下：式中，R、G、B分别为大田作物长势监控图像中图像元素在RGB颜色空间的红、绿、蓝三个颜色分量，R1、G1、B1分别为色调与绿色玉米苗图像元素色调相符的图像I1在RGB颜色空间的红、绿、蓝三个颜色分量；本步骤中，所得到的图像I1为从大田作物长势监控图像中去除了土壤、玉米秸、地膜和秸秆燃烧后产生的灰烬后的图像；第四步、构建基于饱和度S的带通滤波器BPS(S)，满足如下公式：式(6)中，S是大田作物长势监控图像中图像元素在HSV颜色空间的饱和度S分量；smin为绿色玉米苗图像元素区别于土壤、麦秸、玉米秸、地膜、秸秆燃烧后产生的灰烬图像元素的最小饱和度值，smax为绿色玉米苗图像元素区别于土壤、麦秸、玉米秸、地膜、秸秆燃烧后产生的灰烬图像元素的最大饱和度值，且smin为60，smax为130；第五步、通过带通滤波器BPS(S)从图像I1中滤掉饱和度与绿色玉米苗图像元素饱和度不符的图像元素，得到色调和饱和度与绿色玉米苗图像元素中色调和饱和度均相符的图像I2，图像I2在RGB颜色空间表示为：I2＝[R2,G2,B2](7)式(7)中，R2、G2和B2的表达式如下：式中，R2、G2、B2分别为色调和饱和度与绿色玉米苗图像元素中色调和饱和度均相符的图像I2在RGB颜色空间的红、绿、蓝三个颜色分量；本步骤中，所得到的图像I2为从图像I1中去除了麦秸后的图像；第六步、对图像I2利用绿色因子法计算绿色因子矩阵Mg，具体计算公式为：Mg＝2G2‑R2‑B2                                           (11)绿色因子矩阵Mg中包含了若干绿色因子，每一绿色因子反映图像元素中对应位置处像素是否为绿色的程度，某像素的绿色因子越大，该像素为绿色的可能性越大；第七步、利用阈值分割法识别矩阵Mg中的绿色玉米苗，得到绿色玉米苗目标图像Og，满足下式：式(12)中，T为利用大津法获得的分割阈值，Og为利用公式(12)计算得到的绿色玉米苗目标图像，具体计算时是用矩阵Mg中每一绿色因子分别与分割阈值T比较，若绿色因子大于分割阈值T，则相应的图像像素满足要求，属于绿色玉米苗的一个像素，使矩阵Mg中所有大于分割阈值T的绿色因子组合起来对应的图像即是计算所得的绿色玉米苗目标图像Og。