一种基于图像处理的玉米籽粒考种分析方法技术

本发明专利技术公开了一种基于图像处理的玉米籽粒考种分析方法，其涉及计算机图像处理技术领域。本发明专利技术是为了更好的将图像处理技术应用于玉米籽粒的考种分析，并克服了在图像分割时的速度慢，易出错，取图设备和图片质量要求高等缺点。该发明专利技术的方案要点是：第一步，利用灰度化、滤波去噪、二值化及开运算对图像进行预处理，得到理想的二值图；第二步，利用距离变换法查找出籽粒中心位置；第三步，利用籽粒中心位置特征和面积特征对籽粒连通域进行分类分割；第四步，查找籽粒外轮廓参数等。该发明专利技术可应用于玉米籽粒考种分析，并已投入应用，具有便捷性和准确性等优点，因此为玉米考种提供了有力的技术支持。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及计算机图像处理
，具体涉及一种基于图像处理的玉米籽粒考种分析方法。
技术介绍
考种也叫选种，是指对某一物种亲缘关系、遗传特性进行溯源的活动，以达到选出优良动植物品种的技术，对种植业的发展具有非常重要的意义。为了进行种子考种等科研实验，对作物籽粒分析是不可或缺的步骤，而且籽粒分析的精度对考种结果有着极大的影响。国内在把数字图像技术用于农业方面起步较晚，近些年，中国农业发展的重要性越来越突出，其中把数字图像技术用于考种技术慢慢受到了一些研究人员的关注与研究，同时在作物种子图像的分割检测方面取得了一定的研究成果。常见的分割检测方法有距离变换和分水岭相结合的方法，还有基于椭圆曲线拟合的分割方法，基于利用籽粒轮廓曲率的分割方法等等。目前，科研人员提出的图像分割算法可分为边缘检测、门限化、像素分类和综合使用的人工神经网络、模糊集论等类型。但是分割效果差强人意，对设备要求和图片质量要求较高等；因而其方便性，准确性，快捷性都有待提高，难以广泛地推广应用。将图像处理技术应用于考种中的籽粒分析，有很大的发展空间，不仅能克服传统人工籽粒分析效率低、容易出错，劳动力大等缺点，同时也可以克服机电一体化设备存在的误差大、制造复杂、价格昂贵等问题。综上所述，为了解决上述现有技术的不足，提供一种便捷准确的作物籽粒分析方法，本专利技术专注于研究如何将图像处理技术应用于玉米籽粒分析，并提供一种基于图像处理的玉米籽粒考种分析方法，此专利技术已应用于玉米籽粒考种分析，结果证明此专利技术方法能够快速便捷的对考种中的玉米籽粒进行分析。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术的主要目的在于提供一种基于图像处理的玉米籽粒考种分析方法，可以在不破坏图像中籽粒外形的情况下对玉米籽粒进行分割。克服传统人工籽粒分析的效率低、容易出错，劳动力大和机电化设备的误差大、制造复杂、价格昂贵等问题，也克服了图像分割技术应用于籽粒分割时的分割效果差，速度慢，对设备要求和图片质量要求高等不足。将图像处理技术更好应用于考种领域，为玉米考种提供了有力的技术支持。(二)技术方案本专利技术技术方案如下：一种基于图像处理的玉米籽粒考种分析方法，包括步骤：S0、获取玉米籽粒图像，图像记录为bmp0；S1、图像预处理，图像是S0处理结果bmp0，主要利用图像灰度化、平滑滤波、二值化和形态学开运算等方法对图像进行了预处理，预处理后的图像记录为bmp1；S2、查找籽粒中心，查找的图像是S1的处理结果bmp1，利用距离变换方法使图像中的籽粒中心形成高亮区，在利用图像分割和形态学结合的方法提取出籽粒中心的高亮区，记录下每个高亮区的位置坐标，以此作为图像中各个籽粒的中心位置；S3、图像分类分割，图像是S1处理结果bmp1，利用S2中得到的籽粒位置特征和籽粒的面积特征对图像中的籽粒进行分类分割，分割结果记录为dstimg；S4、图像后处理，处理的图像是S3分割的结果dstimg，查找籽粒的连通域的轮廓作为籽粒轮廓，以及计算籽粒个数、面积、周长、长、宽、以、长宽比等。优先的所述步骤S1包括：S1.1、取得S0处理结果图bmp0，对其进行灰度化处理，在利用高斯滤波和中值滤波进行平滑处理，处理结果图记录为img11；S1.2、获取S1.1处理后的图img11，利用最大类间方差法对图像进行全局二值化或者人工设定阈值法进行全局二值化，处理结果图记录为img12；S1.3、获取S1.2处理后的图img12，利用形态学开运算方法去除椒盐噪声，处理后图像记录为bmp1，并将图像传递给下一步S2。优先的，所述步骤S2包括：S2.1、获取S1处理后的图bmp1，对其进行3次形态学腐蚀运算，两次形态学膨胀运算，结果图记录为img21；S2.2、获取S2.1处理后的图img21，利用距离变换算法使各个籽粒中心形成高亮区，结果图记录为img22；S2.3、获取S2.2处理后的图img22，在利用图像分割和形态学结合的方法提取出籽粒中心的高亮区，将高亮区记录在图img23；S2.4、获取S2.3处理后的图img23，利用形态学闭运算结合相近的高亮区，结果记录为图img24；S2.5、获取S2.4处理后的图img24，查找和记录每个高亮区的位置坐标，以此作为图像中各个籽粒的中心位置特征。优先的，所述步骤S3包括：S3.1、获取S1处理后的图bmp1，根据籽粒中心位置特征进行扫描分割，分割结果记录为图img31；S3.2、获取S3.1处理后的图img31，根据面积特征对img31中的籽粒连通域进行分类，第一类是一个连通域只包含一个籽粒的连通域类，将一类连通域记录于图img321，第二类是一个连通域包含两个及以上籽粒的连通域类，将二类连通域记录于图img322；S3.3、获取S3.2处理后的图img322，根据图像中籽粒连通域的凹点特征进行分割，分割结果记录为图img33；S3.4、获取S3.3处理后的图img33，根据面积特征对img33中的籽粒连通域进行分类，第一类是一个连通域只包含一个籽粒的连通域类，将一类连通域记录于图img341，第二类是一个连通域包含两个及以上籽粒的连通域类，将二类连通域记录于图img342；S3.5、获取3.4处理后的图img342，根据籽粒中心位置特征进行平分分割，分割结果记录于图img35；S3.6、获取S3.2处理后的图img321，3.4处理后的图img341，3.5处理后的图img35，将三图相加，即：img321+img341+img35，并将结果记录于图dstimg，将图dstimg传递给下一步S4。(三)有益效果(1)本专利技术将数字图像处理技术应用于考种领域的玉米籽粒分析，取代人工考种中的籽粒分析和机械计数，节省了人力成本和设备成本，大幅度地提高工作效率；(2)本专利技术克服了一般图像分割技术应用于籽粒分割时处理速度慢，准确度低等缺点，达到了速度快，准确度高，稳定性强，可重复批量处理等优点；(3)本专利技术在玉米考种中的玉米籽粒分析上进行了测试和应用，并且达到了满意的效果，此专利技术同样可以推广到其他农作物的考种当中，为考种提供了有力的技术支持。具体实施方式下面结合附图，对专利技术的具体实施方式做进一步描述。参见图1，本专利技术对籽粒图像的处理主要分为四个模块，第一模块是图像处理模块，主要运用的方法有平滑滤波法，最大类间方差法及形态学运算等等；第二模块是图像中籽粒中心查找模块，主要应用了形态学和距离变换方法等；第三模块是粘连籽粒的分割模块，主要是利用籽粒中心点特征和凹点特征对粘连籽粒进行分割，利用面积特征对图像进行分类等；第四模块是图像后处理模块，主要是查找分割后籽粒的外轮廓及计算面积、周长、长宽比等参数；下面分别对这四部分及玉米颗粒图像获取等进行详细描述。玉米颗粒图像获取介绍：玉米颗粒图像获取为模块S0，获取的图像记录为bmp0。玉米颗粒图像获取有一定的限制，可以用扫描仪或者相机进行获取，图像背景要为白色和黑色，玉米籽粒需平铺，不能重叠，可粘连，数量依据种子大小而定，数量在100-1500之间最佳，照片要清晰，图像均为彩图；此外，相机取图时要正立，像素为800万最佳，相机拍照取图时需加背景灯，扫描仪取图时，像素为400dpi最佳。(一)玉米籽粒图像预处理玉米籽粒图像预处理为模块S1，主要本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于图像处理的玉米籽粒考种分析方法，其特征在于，包括步骤：S0、获取玉米籽粒图像，图像记录为bmp0；S1、图像预处理，获取S0处理的结果图bmp0，主要利用了图像灰度化、平滑滤波、二值化和形态学开运算等方法对图像进行了预处理，预处理结果图记录为bmp1；S2、查找籽粒中心，查找的图像是S1的处理结果bmp1，利用距离变换方法使图像中的籽粒中心形成高亮区，在利用图像分割和形态学结合的方法提取出籽粒中心的高亮区，记录下每个高亮区的位置坐标，以此作为图像中各个籽粒的中心位置；S3、图像分类分割，图像是S1处理结果bmp1，利用S2中得到的籽粒位置特征结合籽粒的面积特征对图像中的籽粒进行分类分割，分割结果记录为dstimg；S4、图像后处理，处理的图像是S3分割的结果dstimg，查找籽粒的连通域的轮廓作为籽粒轮廓并计算籽粒个数、面积、周长、长、宽、以、长宽比等。

【技术特征摘要】
1.一种基于图像处理的玉米籽粒考种分析方法，其特征在于，包括步骤：S0、获取玉米籽粒图像，图像记录为bmp0；S1、图像预处理，获取S0处理的结果图bmp0，主要利用了图像灰度化、平滑滤波、二值化和形态学开运算等方法对图像进行了预处理，预处理结果图记录为bmp1；S2、查找籽粒中心，查找的图像是S1的处理结果bmp1，利用距离变换方法使图像中的籽粒中心形成高亮区，在利用图像分割和形态学结合的方法提取出籽粒中心的高亮区，记录下每个高亮区的位置坐标，以此作为图像中各个籽粒的中心位置；S3、图像分类分割，图像是S1处理结果bmp1，利用S2中得到的籽粒位置特征结合籽粒的面积特征对图像中的籽粒进行分类分割，分割结果记录为dstimg；S4、图像后处理，处理的图像是S3分割的结果dstimg，查找籽粒的连通域的轮廓作为籽粒轮廓并计算籽粒个数、面积、周长、长、宽、以、长宽比等。2.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的玉米籽粒考种分析方法，其特征在于，所述步骤S1包括：S1.1、获取S0处理结果图bmp0，对进行灰度化处理，再利用高斯滤波和中值滤波进行平滑处理，处理结果图记录为img11；S1.2、获取S1.1处理后的图img11，利用最大类间方差法对图像进行全局二值化或者人工设定阈值法进行全局二值化，处理结果图记录为img12；S1.3、获取S1.2处理后的图img12，利用形态学开运算方法去除椒盐噪声，处理后图像记录为bmp1，并将图像传递给下一步S2。3.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的玉米籽粒考种分析方法，其特征在于，所述步骤S2包括：S2.1、获取S1处理后的图bmp1，对其进行3次形态学腐蚀运算，两次形态学膨胀运算，结果图记录为img21；S2.2、获取S2.1处理后的图img21，利用距离变换算法使各个籽...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱旭华，陈渝阳，赵飞，
申请(专利权)人：浙江托普云农科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33