一種基于太赫茲成像的植株葉脈識別方法及裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術提供了一種基于太赫茲成像的植株葉脈識別方法及裝置，所述方法包括：利用太赫茲波對待識別葉片進行穿透，獲取所述待識別葉片的太赫茲光譜透射圖；根據所述待識別葉片的太赫茲光譜透射圖，對所述待識別葉片上的葉脈結構進行分割和提取。所述裝置包括依次設置的太赫茲波發射發生器、光線匯聚及導向系統、XY移動平臺、太赫茲探測器和圖像還原及顯示裝置。本發明專利技術利用太赫茲光譜對水分敏感性特征，使得富含水分的葉脈區域能夠從葉片成像中脫穎而出，提高了葉脈識別的準確性。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及農業生產
，具體涉及一種基于太赫茲成像的植株葉脈識別方法及裝置。
技術介紹
植物的識別與分類對于區分植物種類，探索植物間的親緣關系，闡明植物系統的進化規律具有重要意義。從植物學分類的角度看，植株葉片是識別類別的最直接、簡單的方法。葉子的外輪廓、顏色和脈絡分布都可以作為分類依據，但是許多植株葉片的形狀和顏色非常相似，采用這些特征無法對對植株進行準確識別。而葉子的脈絡分布含有更多的信息，主脈與二級脈的分布通常與整株植物的結構相似。植物葉片脈絡分析成為了農業生產經營和植物學研究中具有非常重要意義的基礎性工作。目前葉脈識別主要有兩類方法：(1)人工完成葉脈識別和分類。然而地球上僅為人所知的有花植物就有大約25萬種，面對如此龐大的植物世界，任何一個植物學家都不可能知道所有的物種和名稱；而且植物學家人數有限，在某些場合無法實時進行葉脈識別，這就給進一步的研究帶來了困難。(2)基于計算機的葉脈圖像識別。隨著計算機和圖像處理技術的發展，人們開始探索建立計算機化的植物葉脈識別系統，即通過圖像采集設備，進行葉脈圖像采集，并利用計算機及相關技術對植物葉脈圖像進行處理，達到識別的目的，這種方式直觀，適應性強。例如某文獻采用邊緣梯度、局部對比度和鄰域統計特征等10個參數來描述像素的鄰域特征，并將其作為神經網絡的輸入層進行葉脈提取。此外還有文獻根據植物葉圖像在HSI顏色空間中色度H的分布,把植物葉分為單色葉和對比色葉兩類，然后利用色度分量H提取對比色葉的葉脈信息。此外，還發現相關文獻將改進的Sobel算子用于基本葉脈輪廓的提取，色調信息用于主葉脈提取，然后將兩者提取的圖像融合得到最終的葉脈圖像。然而在以往的基于計算機的葉脈圖像識別研究中，都是采用可見光進行植株葉片圖像采集，但是可見光圖像易受光照不均、葉片水滴和雜物反光等影響，導致圖像處理與分割誤差較大，無法準確地提取出葉脈信息，從而影響植物葉脈識別結果。
技術實現思路
針對現有技術中的缺陷，本專利技術提供一種植株葉脈識別裝置及方法，本專利技術利用太赫茲光譜對水分敏感性特征，使得富含水分的葉脈區域能夠從葉片成像中脫穎而出，提高了葉脈識別的準確性。為解決上述問題，本專利技術提供了以下技術方案：第一方面，本專利技術提供了一種基于太赫茲成像的植株葉脈識別方法，包括：利用太赫茲波對待識別葉片進行穿透，獲取所述待識別葉片的太赫茲光譜透射圖；根據所述待識別葉片的太赫茲光譜透射圖，對所述待識別葉片上的葉脈結構進行分割和提取。進一步地，所述根據所述待識別葉片的太赫茲光譜透射圖，對所述待識別葉片上的葉脈結構進行分割和提取，包括：將所述太赫茲光譜透射圖轉換為RGB圖像；利用葉脈與葉片其他區域含水量不同導致的成像差異，對R、G和B分量值進行分析，獲取所述RGB圖像的二值化圖像；將所述二值化圖像分成目標區域和背景區域，其中葉脈所在區域為目標區域，剩余區域為背景區域；通過濾波操作濾除葉片上的噪聲點，并通過形態學閉開操作對葉脈所在的目標區域進行邊緣平滑處理；對邊緣平滑處理后的目標區域進行特征提取，獲取所述待識別葉片的葉脈結構。第二方面，本專利技術還提供了一種基于太赫茲成像的植株葉脈識別裝置，包括：依次設置的太赫茲波發射發生器、光線匯聚及導向系統、太赫茲探測器和圖像還原及顯示裝置；其中，所述光線匯聚及導向系統包括四個上下左右方位依次設置的第一拋物面鏡、第二拋物面鏡、第三拋物面鏡和第四拋物面鏡；其中，第一拋物面鏡和第二拋物面鏡處于同一豎直方向上且相對設置，第二拋物面鏡和第三拋物面鏡處于同一水平方向上且相對設置，第三拋物面鏡和第四拋物面鏡處于同一豎直方向上且相對設置；其中，在第二拋物面鏡和第三拋物面鏡之間還設置有XY移動平臺，所述XY移動平臺用于承載豎直放置的待識別葉片，所述XY移動平臺在控制部件的控制下可沿水平、豎直方向進行移動；其中，所述太赫茲波發射發生器與所述第一拋物面鏡位于同一水平面上，且由所述太赫茲波發射發生器產生的太赫茲脈沖直接入射至第一拋物面鏡，并經第一拋物面鏡匯聚反射后進入第二拋物面鏡，以及經第二拋物面鏡匯聚反射后穿過所述XY移動平臺上的待識別葉片后進入第三拋物面鏡，并經第三拋物面鏡匯聚反射后進入第四拋物面鏡，以及經第四拋物面鏡匯聚反射后水平射出并進入所述太赫茲探測器；其中，在成像過程中每隔預設時間間隔控制所述XY移動平臺進行相應的移動以改變所述待識別葉片的方位，使得太赫茲脈沖穿過待識別葉片的全部位置點；其中，所述太赫茲探測器與所述圖像還原及顯示裝置連接，所述圖像還原及顯示裝置用于對所述太赫茲探測器獲取的數據信息進行處理，得到所述待識別葉片的太赫茲光譜透射圖。進一步地，所述基于太赫茲成像的植株葉脈識別裝置還包括：圖像處理器；所述圖像處理器與所述圖像還原及顯示裝置連接，用于對所述待識別葉片的太赫茲光譜透射圖進行分割和提取處理，獲取所述待識別葉片的葉脈結構。進一步地，所述圖像處理器具體用于：將所述太赫茲光譜透射圖轉換為RGB圖像；利用葉脈與葉片其他區域含水量不同導致的成像差異，對R、G和B分量值進行分析，獲取所述RGB圖像的二值化圖像；將所述二值化圖像分成目標區域和背景區域，其中葉脈所在區域為目標區域，剩余區域為背景區域；通過濾波操作濾除葉片上的噪聲點，并通過形態學閉開操作對葉脈所在的目標區域進行邊緣平滑處理；對邊緣平滑處理后的目標區域進行特征提取，獲取所述待識別葉片的葉脈結構。進一步地，所述太赫茲探測器用于根據接收到的太赫茲脈沖的強度，獲得與所述待識別葉片對應的太赫茲電場強度的變化量；相應地，所述圖像還原及顯示裝置還用于根據所述太赫茲電場強度的變化量，通過傅里葉變換，獲得所述待識別葉片在頻域上幅度和相位的變化量，得到所述待識別葉片的太赫茲光譜透射圖。進一步地，所述XY移動平臺上設置有夾持單元，用于夾持所述待識別葉片。第三方面，本專利技術還提供了一種利用如上面所述的基于太赫茲成像的植株葉脈識別裝置進行植株葉脈識別的方法，包括：S1.將待識別葉片放置在XY移動平臺上；S2.啟動太赫茲波發射發生器發射太赫茲脈沖；S3.在成像過程中，每隔預設時間間隔控制所述XY移動平臺進行相應的移動以改變所述待識別葉片的方位，使得太赫茲脈沖穿過待識別葉片的全部位置點；S4.待成像結束后，從圖像還原及顯示裝置中獲取所述待識別葉片的太赫茲光譜透射圖。進一步地，所述方法還包括：利用圖像處理器對所述待識別葉片的太赫茲光譜透射圖進行分割和提取處理，以獲取所述待識別葉片的葉脈結構。進一步地，所述利用圖像處理器對所述待識別葉片的太赫茲光譜透射圖進行分割和提取處理，以獲取所述待識別葉片的葉脈結構，包括：將所述太赫茲光譜透射圖轉換為RGB圖像；利用葉脈與葉片其他區域含水量不同導致的成像差異，對R、G和B分量值進行分析，獲取所述RGB圖像的二值化圖像；將所述二值化圖像分成目標區域和背景區域，其中葉脈所在區域為目標區域，剩余區域為背景區域；通過濾波操作濾除葉片上的噪聲點，并通過形態學閉開操作對葉脈所在的目標區域進行邊緣平滑處理；對邊緣平滑處理后的目標區域進行特征提取，獲取所述待識別葉片的葉脈結構。由上述技術方案可知，本專利技術所述的基于太赫茲成像的植株葉脈識別方法及裝置，利用太赫茲光譜對水分敏感的特性，使得富含水分的葉脈區域能夠從葉片成像中脫穎本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于太赫茲成像的植株葉脈識別方法，其特征在于，包括：利用太赫茲波對待識別葉片進行穿透，獲取所述待識別葉片的太赫茲光譜透射圖；根據所述待識別葉片的太赫茲光譜透射圖，對所述待識別葉片上的葉脈結構進行分割和提取。

【技術特征摘要】
1.一種基于太赫茲成像的植株葉脈識別方法，其特征在于，包括：利用太赫茲波對待識別葉片進行穿透，獲取所述待識別葉片的太赫茲光譜透射圖；根據所述待識別葉片的太赫茲光譜透射圖，對所述待識別葉片上的葉脈結構進行分割和提取。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據所述待識別葉片的太赫茲光譜透射圖，對所述待識別葉片上的葉脈結構進行分割和提取，包括：將所述太赫茲光譜透射圖轉換為RGB圖像；利用葉脈與葉片其他區域含水量不同導致的成像差異，對R、G和B分量值進行分析，獲取所述RGB圖像的二值化圖像；將所述二值化圖像分成目標區域和背景區域，其中葉脈所在區域為目標區域，剩余區域為背景區域；通過濾波操作濾除葉片上的噪聲點，并通過形態學閉開操作對葉脈所在的目標區域進行邊緣平滑處理；對邊緣平滑處理后的目標區域進行特征提取，獲取所述待識別葉片的葉脈結構。3.一種基于太赫茲成像的植株葉脈識別裝置，其特征在于，包括：依次設置的太赫茲波發射發生器、光線匯聚及導向系統、太赫茲探測器和圖像還原及顯示裝置；其中，所述光線匯聚及導向系統包括四個上下左右方位依次設置的第一拋物面鏡、第二拋物面鏡、第三拋物面鏡和第四拋物面鏡；其中，第一拋物面鏡和第二拋物面鏡處于同一豎直方向上且相對設置，第二拋物面鏡和第三拋物面鏡處于同一水平方向上且相對設置，第三拋物面鏡和第四拋物面鏡處于同一豎直方向上且相對設置；其中，在第二拋物面鏡和第三拋物面鏡之間還設置有XY移動平臺，所述XY移動平臺用于承載豎直放置的待識別葉片，所述XY移動平臺在控制部件的控制下可沿水平、豎直方向進行移動；其中，所述太赫茲波發射發生器與所述第一拋物面鏡位于同一水平面上，且由所述太赫茲波發射發生器產生的太赫茲脈沖直接入射至第一拋物面鏡，并經第一拋物面鏡匯聚反射后進入第二拋物面鏡，以及經第二拋物面鏡匯聚反射后穿過所述XY移動平臺上的待識別葉片后進入第三拋物面鏡，并經第三拋物面鏡匯聚反射后進入第四拋物面鏡，以及經第四拋物面鏡匯聚反射后水平射出并進入所述太赫茲探測器；其中，在成像過程中每隔預設時間間隔控制所述XY移動平臺進行相應的移動以改變所述待識別葉片的方位，使得太赫茲脈沖穿過待識別葉片的全部位置點；其中，所述太赫茲探測器與所述圖像還原及顯示裝置連接，所述圖像還原及顯示裝置用于對所述太赫茲探測器獲取的數據信息進行處理，得到所述待識別葉片的太赫茲光譜透射圖。4.根據權利要求3所述的基于太赫茲成像的植株葉脈識別裝置，其特征在于，還包括：圖像處理器；所述圖像處理器與所述圖像還原及顯示裝置連接，用于對所述待識...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李斌，李文勇，郭新宇，何杰山，
申請(專利權)人：北京農業信息技術研究中心，
類型：發明
國別省市：北京;11