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专利号: 2018111580653
申请人: 湖北工程学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于色彩标定的植物叶面积测量方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:采用摄像机采集白色标定板上待测量叶片的初始图像,并根据所述初始图像提取测量区域图像;

步骤2:对所述测量区域图像进行色彩标定,得到所述测量区域图像与所述待测量叶片的理想图像的差分矩阵,并根据所述差分矩阵得到所述理想图像;

步骤3:对所述理想图像进行图像处理,获取所述理想图像中叶片图像的像素点;

步骤4:根据所述叶片图像的像素点和所述测量区域图像在所述白色标定板上的实际面积,计算所述待测量叶片的面积;

所述步骤1中所述根据所述初始图像提取测量区域图像具体包括:步骤11:在所述白色标定板上随机选取一个大于所述待测量叶片的第一矩形,测量所述第一矩形的面积Sall,并将所述第一矩形的面积Sall确定为所述测量区域图像在所述白色标定板上的实际面积;

步骤12:在所述初始图像中,以所述第一矩形的一个角为起始点,沿着所述第一矩形的对角线方向对所述初始图像进行截取,确定所述测量区域图像,并分别记录所述测量区域图像的长边和宽边对应的像素点的数量;

所述步骤2具体包括:

步骤21:采用所述摄像机获取未放置所述待测量叶片的所述白色标定板的空白背景图像,对所述空白背景图像与理想全白背景图像进行差分,获取所述空白背景图像与所述理想全白背景图像之间的背景差分矩阵,并将所述背景差分矩阵确定为所述测量区域图像与所述待测量叶片的理想图像的差分矩阵;

其中,所述空白背景图像与所述理想全白背景图像的像素矩阵关系为:BR=BI-N

为所述空白背景图像的像素矩阵, 为所述理想全白背景图像的

像素矩阵,N为当前光照环境下的所述背景差分矩阵;

得到所述差分矩阵D为:

步骤22:将所述差分矩阵与所述测量区域图像的初始像素矩阵进行融合,得到所述理想图像;其中,所述理想图像对应的融合矩阵 具体公式为:MR为所述初始像素矩阵,B′R为所述初始像素矩阵中的初始背景像素矩阵,LR所述初始像素矩阵中的初始叶片像素矩阵,B′I为灰度值为255的理想背景像素矩阵。

2.根据权利要求1所述的一种基于色彩标定的植物叶面积测量方法,其特征在于,所述步骤1之前还包括采用张正友标定校正法对所述摄像机进行畸变校正,获得所述摄像机的畸变参数,并在所述步骤1中根据所述畸变参数对所述初始图像进行畸变校正。

3.根据权利要求1所述的一种基于色彩标定的植物叶面积测量方法,其特征在于,所述步骤3具体包括:步骤31:将所述理想图像的颜色分量由RGB颜色空间模型转换为HSV颜色空间模型,并将所述HSV颜色空间模型中的饱和度分量作为颜色特征向量,采用饱和度分量滤波公式对所述理想图像进行初次滤波处理,得到所述理想图像中叶片图像的初次处理像素点;

其中,所述叶片图像的初次处理像素点对应的像素值Mf的具体公式为:H(M)为所述叶片图像的初次处理像素值的函数, 为所述叶片图像的初次处理像素值,S为所述饱和度分量, 为所述饱和度分量范围为S∈[31,255]对应的像素值;

步骤32:对所述叶片图像的所述初次处理像素点进行高斯滤波处理,得到所述叶片图像的像素点。

4.根据权利要求3所述的一种基于色彩标定的植物叶面积测量方法,其特征在于,所述步骤4中所述待测量叶片的面积的具体公式为:(PL、Pall均为正整数,且Pall>PL)

其中,SL为所述待测量叶片的面积,Sall为所述测量区域图像在所述白色标定板上的实际面积,PL为所述叶片图像的像素点的数量,Pall=W×H为所述测量区域图像的像素点的总数,W为所述测量区域图像的长边对应的像素点的数量,H为所述测量区域图像的宽边对应的像素点的数量。

5.根据权利要求4所述的一种基于色彩标定的植物叶面积测量方法,其特征在于,还包括:步骤5:对所述叶片图像进行边缘误差校正,具体包括:

步骤51:根据所述第一矩形的面积和所述测量区域图像的长边及宽边对应的像素点的数量,获取每个所述叶片图像的像素点在所述白色标定板中对应的像素实际边长Lpixel,所述像素实际边长Lpixel具体公式为:步骤52:选取所述叶片图像边缘的外接矩形,并根据所述像素实际边长Lpixel、所述叶片图像边缘的像素点的数量和所述外接矩形在所述白色标定板中对应的外接周长,获取所述叶片图像边缘的像素点在所述白色标定板中对应增加的校正面积ΔSL;所述校正面积ΔSL的具体公式为:其中,N为所述叶片图像边缘的像素点的数量,N×Lpixel为所述叶片图像边缘像素点在所述白色标定板上对应的总边缘周长,C为所述外接矩形在所述白色标定板中对应的外接周长,a为所述总边缘周长N×Lpixel与所述外接周长C的关系系数,且a为已知;

步骤53:根据所述校正面积和所述待测量叶片的面积,计算出所述待测量叶片的精确面积Sperfect,所述精确面积Sperfect具体公式为:Sperfect=SL-ΔSL。

6.一种基于色彩标定的植物叶面积测量系统,其特征在于,包括图像采集单元、图像提取单元、色彩标定单元、图像处理单元和运算单元;

所述图像采集单元,用于采集白色标定板上待测量叶片的初始图像;

所述图像提取单元,用于根据所述初始图像提取测量区域图像;

所述色彩标定单元,用于对所述测量区域图像进行色彩标定,得到所述测量区域图像与所述待测量叶片的理想图像的差分矩阵,并根据所述差分矩阵得到所述待测量叶片的理想图像;

所述图像处理单元,用于对所述理想图像进行图像处理,获取所述理想图像中叶片图像的像素点;

所述运算单元,用于根据所述叶片图像的像素点和所述测量区域图像在所述白色标定板上的实际面积,计算所述待测量叶片的面积;

所述图像提取单元具体用于:

在所述白色标定板上随机选取一个大于所述待测量叶片的第一矩形,测量所述第一矩形的面积Sall,并将所述第一矩形的面积Sall确定为所述测量区域图像在所述白色标定板上的实际面积;

在所述初始图像中,以所述第一矩形的一个角为起始点,沿着所述第一矩形的对角线方向对所述初始图像进行截取,确定所述测量区域图像,并分别记录所述测量区域图像的长边和宽边对应的像素点的数量;

所述色彩标定单元具体用于:

采用摄像机获取未放置所述待测量叶片的所述白色标定板的空白背景图像,对所述空白背景图像与理想全白背景图像进行差分,获取所述空白背景图像与所述理想全白背景图像之间的背景差分矩阵,并将所述背景差分矩阵确定为所述测量区域图像与所述待测量叶片的理想图像的差分矩阵;

其中,所述空白背景图像与所述理想全白背景图像的像素矩阵关系为:BR=BI-N

为所述空白背景图像的像素矩阵, 为所述理想全白背景图像的

像素矩阵,N为当前光照环境下的所述背景差分矩阵;

得到所述差分矩阵D为:

将所述差分矩阵与所述测量区域图像的初始像素矩阵进行融合,得到所述理想图像;

其中,所述理想图像对应的融合矩阵 具体公式为:

MR为所述初始像素矩阵,B′R为所述初始像素矩阵中的初始背景像素矩阵,LR所述初始像素矩阵中的初始叶片像素矩阵,B′I为灰度值为255的理想背景像素矩阵。

7.根据权利要求6所述的一种基于色彩标定的植物叶面积测量系统,其特征在于,还包括畸变校正单元和边缘误差校正单元;

所述畸变校正单元,用于采用张正友标定校正法对摄像机进行畸变校正,获得所述摄像机的畸变参数,并根据所述畸变参数对所述初始图像进行畸变校正;

所述边缘误差校正单元,用于获取每个所述叶片图像的像素点在所述白色标定板中对应的像素实际边长;还用于选取所述叶片图像边缘的外接矩形,根据所述像素实际边长、所述叶片图像边缘增加的像素点的数量和所述外接矩形在所述白色标定板中对应的外接周长,获取所述叶片图像边缘的像素点在所述白色标定板中对应增加的校正面积;还用于根据所述校正面积和所述待测量叶片的面积,计算出所述待测量叶片的精确面积。

8.一种基于色彩标定的植物叶面积测量系统,其特征在于,包括采集设备和测量设备;

所述采集设备,用于采集白色标定板上待测量叶片的初始图像;

所述测量设备,包括处理器、存储器和存储在所述存储器中且可运行在所述处理器上的计算机程序,所述计算机程序运行时实现如权利要求1-5中任一项权利要求所述的步骤。