基于圖像的玉米果穗性狀指標計算方法技術

本發明專利技術涉及圖像處理技術，具體公開了一種玉米果穗性狀指標的計算方法。所述方法包括：獲取玉米果穗的彩色圖像CIi（i=1,2,3,4），并轉化為灰度圖像SIi及二值圖像BIi；通過軸向和徑向畸變校正，得到校正后的彩色圖像CI2i、灰度圖像HIi及二值圖像BI2i；對圖像HIi進行分割，得到僅包含玉米籽粒的二值圖像BI3i，將圖像BI3i進行拼接，得到籽粒全景圖BI4；對圖像BI3i進行形態學運算，計算出玉米果穗的禿尖區域及禿尖長度，根據圖像BI3i計算出玉米果穗的行粒數，根據圖像BI4計算出玉米果穗的穗行數。本發明專利技術的技術方案通過軸向和徑向畸變校正恢復了果穗和籽粒的真實形態，保證了參數計算的準確性；同時為玉米果穗各項性狀指標的計算提供了一體化的解決方案。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及圖像處理
，特別涉及ー種玉米果穗性狀指標的計算方法。
技術介紹
玉米果穗的農藝性狀是科研與生產中的常規測量項目，對玉米產量存在不同程度的影響。為了充分了解果穗數量性狀對產量的影響程度，明確各項性狀指標對產量的構成作用，需要對大量果穗樣本進行準確測量。目前，對于玉米果穗的穗粒數、行粒數、穗行數和禿尖長度等性狀指標，一般采用人工測量和統計方法獲取，過程繁瑣、誤差較大，尤其是行粒數和穗行數等具有統計學意義的指標，其測量結果易受測量人員的經驗影響。基于圖像進行精準化玉米果穗考種，是ー種融合計算機視覺技術和計算機圖像處理技術對玉米果穗進行檢測和分析，進而快速獲取果穗性狀特征數據的技術手段。基于果穗圖像的考種方法簡單直觀、方便快捷，可以大大降低人力成本，提高玉米考種效率，推進玉米考種作業流程的精準化、標準化，實現考種流程的可管理、可追溯和可視化。現有的基于圖像計算玉米果穗的性狀特征參數的方法主要是針對単一性狀指標，在實現方法上缺少統一、一體化的解決方案。如《計數玉米穗行數的機器視覺研究》(韓仲志等，玉米科學，2010)利用機器視覺方法自動檢測穗行數指標，通過采集玉米果穗橫斷面圖像計算玉米果穗的穗行數分布特征，該方法的缺點在于需要對果穗進行破壞性取樣，破壞了寶貴樣本并影響到其他果穗性狀參數的測定。隨著計算機和信息技術在農業領域的廣泛應用，基于圖像處理技術的玉米果穗自動化考種已成為ー種趨勢。目前，對于玉米果穗的重要性狀指標，包括穗粒數、穗行數、行粒數和禿尖率等，仍沒有一套完整的計算方法。現有的基于圖像的玉米果穗性狀計算方法，往往是針對單一指標進行，缺少能夠同時計算得到穗粒數、穗行數、行粒數和禿尖率等性狀指標的一體化解決方案。
技術實現思路
(一)所要解決的技術問題本專利技術的目的在于提供一種，以解決現有的果穗性狀指標計算方法単一、僅針對其中某項指標進行計算、取樣方法存在破壞性的問題。(ニ)技術方案為了解決上述技術問題，本專利技術提出了一種，所述方法包括以下步驟:S1、通過每隔90度拍攝ー張圖像的方式，獲取玉米果穗的彩色圖像CIi,且i=l,2, 3,4,將所述彩色圖像CIi轉化為灰度圖像SIi,并將所述灰度圖像SIi轉化為僅包含玉米果穗的ニ值圖像BIi;S2、分別對所述彩色圖像CI1.所述灰度圖像SIiW及所述ニ值圖像BI1-行軸向畸變校正和徑向畸變校正，得到校正后的彩色圖像CIA、校正后的灰度圖像HIi以及校正后的ニ值圖像BIA ；S3、對所述灰度圖像HI1-行分割，得到僅包含玉米籽粒的ニ值圖像BI3p將所述ニ值圖像BUi進行拼接，得到籽粒全景圖BI4，所述籽粒全景圖BI4包括所述玉米果穗三維表面上的所有籽粒；S4、對所述ニ值圖像BUi進行形態學運算，計算出所述玉米果穗的禿尖區域，并計算出所述玉米果穗的禿尖長度，根據所述ニ值圖像BUi，計算出所述玉米果穗的行粒數，根據所述籽粒全景圖BI4，計算出所述玉米果穗的穗行數。可選的，步驟SI中，將所述灰度圖像SIi轉化為僅包含玉米果穗的ニ值圖像BIi具體包括:確定所述灰度圖像SIi中玉米果穗與背景的邊界像素強度并對所述灰度圖像SIi進行ニ值化，使用膨脹運算填充圖像孔洞，使用腐蝕操作刪除圖像中的孤島并恢復玉米果穗的邊界，從而獲得所述ニ值圖像BIit5可選的，步驟S2中，所述軸向畸變校正和所述徑向畸變校正具體包括:基于所述ニ值圖像BIi,建立每個圖像中玉米果穗的OBB包圍盒，井根據所述OBB包圍盒建立果穗局部坐標系，計算出軸向畸變校正參數和徑向畸變校正參數，根據所述軸向畸變校正參數和所述徑向畸變校正參數分別對所述彩色圖像CI1.所述灰度圖像SIi以及所述ニ值圖像BI1-行校正。可選的，步驟S3進ー步包括:對所述灰度圖像HIi進行分割后，利用玉米籽粒的顔色特征和形狀特征對分割出的玉米籽粒進行篩選，從而獲得所述ニ值圖像BUi，其中，所述玉米籽粒的顔色特征由所述彩色圖像CIA獲得，所述玉米籽粒的形狀特征由所述ニ值圖像BIA獲得。可選的，步驟S3中，將所述ニ值圖像BUi進行拼接具體包括:將所述ニ值圖像BUi按照果穗三維表面展開，建立各個圖像上相同玉米籽粒之間的映射關系，并從每個圖像上提取結構完整的玉米籽粒作為所述籽粒全景圖BI4上的玉米籽粒。可選的，步驟S4中，對所述ニ值圖像BUi進行形態學運算具體包括:對所述ニ值圖像BUi進行膨脹運算，直至圖像中的所有玉米籽粒融合形成ー個單連通區域，記錄膨脹像素個數，然后利用腐蝕運算恢復玉米籽粒的邊界，再將得到的圖像與所述ニ值圖像BUi進行差運算，得到未包含玉米籽粒的區域，并進一歩得到所述禿尖區域。可選的，步驟S4中，計算所述玉米果穗的行粒數具體包括:根據所述ニ值圖像BUi中每個玉米籽粒在所述果穗局部坐標系中的坐標，建立點集Si,設定行粒數計數的起點Ai和終點Bi,并將所述起點Ai和所述終點Bi加入到所述點集Si中，將所述點集Si連接成平面三角網格Ti,并計算出所述平面三角網格Ti中從所述起點Ai到所述終點Bi的最短路徑Pi,所述最短路徑Pi中除所述起點Ai和所述終點Bi以外的網格節點的數目即為所述ニ值圖像BUi的行粒數，所述ニ值圖像BUi的行粒數的平均值即為所述玉米果穗的行粒數。可選的，步驟S4中，計算所述玉米果穗的穗行數具體包括:根據所述籽粒全景圖BI4，計算出所述玉米果穗的穗粒數，所述穗粒數除以所述行粒數得到的商即為所述玉米果穗的穗行數。可選的，步驟S4中，計算所述玉米果穗的穗行數具體包括:根據所述籽粒全景圖BI4，計算出所述玉米果穗的周長以及玉米籽粒的平均寬度，所述周長除以所述玉米籽粒的平均寬度得到的商即為所述玉米果穗的穗行數。可選的，步驟S4中，計算所述玉米果穗的穗行數具體包括:根據所述籽粒全景圖BI4中每個玉米籽粒的中心點位置，建立點集S’，設定穗行數計數的起點A’和終點B’,并將所述起點A’和所述終點B’加入到所述點集S’中，將所述點集S’連接成平面三角網格T’，并計算出所述平面三角網格T’中從所述起點A’到所述終點B’的最短路徑P’，所述最短路徑P’中除所述起點A’和所述終點B’以外的網格節點的數目即為所述玉米果穗的穗行數。(三)有益效果同現有技術相比，本專利技術提出的技術方案具有如下優點:1、基于軸向/徑向畸變校正恢復了果穗和籽粒的形態特征，提高了基于玉米籽粒顔色和形狀的計算方法的準確率。2、基于籽粒分割和拼接的結果，提供了新的穗粒數、禿尖長度、行粒數和穗行數的計算方法，為玉米果穗的性狀參數計算提供了一體化的解決方案，使得對果穗各項性狀參數的計算簡單明確，為玉米果穗的自動化考種提供了解決方案。附圖說明圖1是本專利技術提出的的基本流程圖。圖2是本專利技術一個實施例中的玉米果穗圖像的示意圖。圖3是本專利技術一個實施例中的行粒數計算方法的示意圖。圖4是本專利技術一個實施例中的穗行數計算方法的示意圖。具體實施例方式下面結合附圖和實施例，對本專利技術的具體實施方式作進ー步詳細描述。本專利技術提出了一種，如圖1所示，所述方法包括以下步驟:S1、通過每隔90度拍攝ー張圖像的方式，獲取玉米果穗的彩色圖像CIi,且i=l,2, 3,4,將所述彩色圖像CIi轉化為灰度圖像SIi,并將所述灰度圖像SIi轉化為僅包含玉米果穗的ニ值圖像BIi;S2、分別對所述彩色圖本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于圖像的玉米果穗性狀指標計算方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：S1、通過每隔90度拍攝一張圖像的方式，獲取玉米果穗的彩色圖像CIi，且i=1,2,3,4，將所述彩色圖像CIi轉化為灰度圖像SIi，并將所述灰度圖像SIi轉化為僅包含玉米果穗的二值圖像BIi；S2、分別對所述彩色圖像CIi、所述灰度圖像SIi以及所述二值圖像BIi進行軸向畸變校正和徑向畸變校正，得到校正后的彩色圖像CI2i、校正后的灰度圖像HIi以及校正后的二值圖像BI2i；S3、對所述灰度圖像HIi進行分割，得到僅包含玉米籽粒的二值圖像BI3i，將所述二值圖像BI3i進行拼接，得到籽粒全景圖BI4，所述籽粒全景圖BI4包括所述玉米果穗三維表面上的所有籽粒；S4、對所述二值圖像BI3i進行形態學運算，計算出所述玉米果穗的禿尖區域，并計算出所述玉米果穗的禿尖長度，根據所述二值圖像BI3i，計算出所述玉米果穗的行粒數，根據所述籽粒全景圖BI4，計算出所述玉米果穗的穗行數。

【技術特征摘要】
1.一種基于圖像的玉米果穗性狀指標計算方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: 51、通過每隔90度拍攝ー張圖像的方式，獲取玉米果穗的彩色圖像CIi,且i=l，2，3，4， 將所述彩色圖像CIi轉化為灰度圖像SIi,并將所述灰度圖像SIi轉化為僅包含玉米果穗的ニ值圖像BIi ； 52、分別對所述彩色圖像CIi,所述灰度圖像SIi以及所述ニ值圖像BIi進行軸向畸變校正和徑向畸變校正，得到校正后的彩色圖像CIA、校正后的灰度圖像HIi以及校正后的ニ值圖像BUi ； 53、對所述灰度圖像HIi進行分割，得到僅包含玉米籽粒的ニ值圖像BI3p 將所述ニ值圖像BUi進行拼接，得到籽粒全景圖BI4，所述籽粒全景圖BI4包括所述玉米果穗三維表面上的所有籽粒； 54、對所述ニ值圖像BUi進行形態學運算，計算出所述玉米果穗的禿尖區域，并計算出所述玉米果穗的禿尖長度， 根據所述ニ值圖像BI3i，計算出所述玉米果穗的行粒數， 根據所述籽粒全景圖BI4，計算出所述玉米果穗的穗行數。2.根據權利要求1所述的基于圖像的玉米果穗性狀指標計算方法，其特征在于，步驟SI中，將所述灰度圖像SIi轉化為僅包含玉米果穗的ニ值圖像BIi具體包括: 確定所述灰度圖像SIi中玉米果穗與背景的邊界像素強度并對所述灰度圖像SIi進行ニ值化，使用膨脹運算填充圖像孔洞，使用腐蝕操作刪除圖像中的孤島并恢復玉米果穗的邊界，從而獲得所述ニ值圖像BIit53.根據權利要求1所述的基于圖像的玉米果穗性狀指標計算方法，其特征在于，步驟S2中，所述軸向畸變校正和所述徑向畸變校正具體包括: 基于所述ニ值圖像BIi,建立每個圖像中玉米果穗的OBB包圍盒，井根據所述OBB包圍盒建立果穗局部坐標系，計算出軸向畸變校正參數和徑向畸變校正參數，根據所述軸向畸變校正參數和所述徑向畸變校正參數分別對所述彩色圖像CI1.所述灰度圖像SIi以及所述ニ值圖像BI1-行校正。4.根據權利要求1所述的基于圖像的玉米果穗性狀指標計算方法，其特征在于，步驟S3進ー步包括: 對所述灰度圖像HIi進行分割后，利用玉米籽粒的顔色特征和形狀特征對分割出的玉米籽粒進行篩選，從而獲得所述ニ值圖像BUi，其中， 所述玉米籽粒的顔色特征由所述彩色圖像CUi獲得，所述玉米籽粒的形狀特征由所述ニ值圖像BIA獲得。5.根據權利要求1-4之一所述的基于圖像的玉米果穗性狀指標計算方法，其特征在于，步驟S3中，將所述ニ值圖像BUi進行拼接具體包...

【專利技術屬性】
技術研發人員：杜建軍，郭新宇，王傳宇，肖伯祥，吳升，
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：