甘蔗工艺成熟期自动观测方法技术

本发明专利技术公开了甘蔗工艺成熟期自动观测方法，包括：实时获取甘蔗图像；对甘蔗图像进行预处理；对甘蔗图像进行分割，提取甘蔗植株图像；根据甘蔗植株图像计算甘蔗植株覆盖度FVC；根据甘蔗植株图像计算整个甘蔗植株图像中绿色像素占整个甘蔗植株图像像素的比例值G；根据甘蔗植株图像计算整个甘蔗植株图像中黄色像素占整个甘蔗植株图像像素的比例值Y；计算甘蔗植株生长速率V；判断甘蔗植株是否进入工艺成熟期。本发明专利技术比传统的人工观测方法客观性高、时效性和实用性强，且降低了劳动强度和生产成本。

Automatic Observation Method of Sugarcane Technology Maturity Period

The invention discloses an automatic observation method for sugarcane maturity period, which includes: real-time acquisition of sugarcane image; preprocessing of sugarcane image; segmentation of sugarcane image to extract sugarcane plant image; calculation of sugarcane plant coverage FVC based on sugarcane plant image; calculation of green pixels in the whole sugarcane plant image to occupy the whole sugarcane plant image pixels. Proportional value G; Calculate the proportion Y of yellow pixels in the whole sugarcane plant image to the whole sugarcane plant image pixels according to the sugarcane plant image; Calculate the growth rate V of sugarcane plant; Judge whether the sugarcane plant has entered the process maturity stage. The invention has higher objectivity, timeliness and practicability than the traditional manual observation method, and reduces labor intensity and production cost.

【技术实现步骤摘要】
甘蔗工艺成熟期自动观测方法
本专利技术涉及甘蔗种植
更具体地说，本专利技术涉及甘蔗工艺成熟期自动观测方法。
技术介绍
甘蔗是世界上最为重要的糖料蔗作物之一，在我国由甘蔗榨制的蔗糖占食糖产量的90％以上。发展精准化农业是实现甘蔗产业可持续发展的有效措施，实时准确获取甘蔗发育期信息是精准甘蔗产业实施的关键基础之一。通过准确的观测甘蔗发育的速度和进程等信息，可以科学指导如灌溉、施肥和病虫害防治等生产活动以增产，可以应用于甘蔗生长模型提高甘蔗产量预测的准确性，可以对甘蔗生长发育状况进行分析进而为高效和精准的甘蔗产业服务。长期以来，甘蔗发育期信息观测主要以传统的人工观测方式为主，观测人员野外工作量和劳动强度大、效率低、主观性强且停留在以目测或简单器测、手工记录、纸质存档等落后水平，人工观测不连续且缺乏定量化标准，已不能满足现代甘蔗生产、管理的需要，为此迫切需要改变和提升甘蔗生育期观测方法。甘蔗工艺成熟期是甘蔗生长的最后阶段，是甘蔗发育期观测的重要时期，这时期甘蔗的含糖量和产量已达到最优，客观准确的识别这个时期，可以科学合理地安排甘蔗后续的砍运榨等生产活动，对精准甘蔗产业是实施具有重要意义。2012年钟楚等在《中国糖科》发表“甘蔗生理发育时间及生育期预测”中利用作物生理发育时间对甘蔗发芽期、幼苗期和茎伸长期进行预测，结果预测相对误差分别为7、3、6、15天，预测效果较好，有一定的实用性，但因为生育期为两天1次的人工巡视观测，造成了一定的误差，且没有对甘蔗工艺成熟期进行预测。在计算机视觉领域，尚未发现有甘蔗工艺成熟期识别技术的公开报道，现有的文献主要围绕卫星遥感图像开展甘蔗种植识别、甘蔗长势监测和甘蔗产量估算相关领域研究。如，2014年王久玲等在《农业工程学报》中发表《面向对象的多时相HJ星影像甘蔗识别方法》中利用甘蔗在不同的时相影像上的光谱影像特征导出的局部一致性指数GLCMhomogeneity，建立决策树逻辑的分类规则集提取甘蔗种植区，分类精度为91.3％。2015年陈燕丽等在《江苏农业科学》发表“基于GIS的广西甘蔗萌芽分蘖期干旱等级空间分布”中基于GIS技术，采用多元回归分析法对甘蔗萌芽分蘖期的甘蔗等级灾害频率与地理因子进行回归分析，建立了空间分布模型并分析了两个时期的干旱灾害等级空间分布特征。上述相关文献并没有给出实时检测甘蔗工艺成熟期的方法，且卫星遥感图像成像距离远、分辨率低，成像质量受天气影响大，不能主动监测变化，更适合大尺度下的作物整体生长状态分析，不适用于甘蔗工艺成熟期观测方法的选择。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供甘蔗工艺成熟期自动观测方法，利用图像识别技术，通过计算植株覆盖度、甘蔗绿色像素占比和黄色像素占比，以及植株高度、生长速率，来完成甘蔗工艺成熟期自动观测，比传统的人工观测方法客观性高、时效性和实用性强，且降低了劳动强度和生产成本。为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了甘蔗工艺成熟期自动观测方法，包括：步骤一、实时获取甘蔗图像；步骤二、对甘蔗图像进行预处理；步骤三、对甘蔗图像进行分割，提取甘蔗植株图像；步骤四、根据甘蔗植株图像计算甘蔗植株覆盖度FVC；步骤五、根据甘蔗植株图像计算整个甘蔗植株图像中绿色像素占整个甘蔗植株图像像素的比例值G；步骤六、根据甘蔗植株图像计算整个甘蔗植株图像中黄色像素占整个甘蔗植株图像像素的比例值Y；步骤七、计算甘蔗植株生长速率V；步骤八、若甘蔗植株覆盖度FVC≥覆盖度阈值FVCv、甘蔗绿色像素占整个甘蔗植株图像像素的比例值G≤绿色像素比例阈值Gv、黄色像素占整个甘蔗植株图像像素的比例值Y≥黄色像素比例阈值Yv，且甘蔗植株生长速率V≤甘蔗植株生长速率阈值Vh，则甘蔗图像中的甘蔗植株进入工艺成熟期。优选的是，所述的甘蔗工艺成熟期自动观测方法中，所述步骤一中实时获取甘蔗生长图像后，还包括对甘蔗图像进行质量检测的步骤。优选的是，所述的甘蔗工艺成熟期自动观测方法中，所述步骤二具体为：对甘蔗图像进行噪声去除处理。优选的是，所述的甘蔗工艺成熟期自动观测方法中，所述步骤三具体为：采用K-means聚类法对甘蔗图像进行分割，提取甘蔗颜色信息连通区域，在连通区域提取甘蔗植株图像。优选的是，所述的甘蔗工艺成熟期自动观测方法中，所述步骤四具体为：将提取的甘蔗植株图像由RGB颜色空间转换为Lab色彩模型，设置1为甘蔗像元，0为非甘蔗像元，得到甘蔗植株图像的二值图像，计算甘蔗像元占总像元比例，得到甘蔗植株覆盖度FVC。优选的是，所述的甘蔗工艺成熟期自动观测方法中，所述步骤五具体为：在甘蔗植株图像的RGB颜色空间中提取绿色像素，计算整个甘蔗植株图像中绿色像素占整个甘蔗植株图像像素的比例值G。优选的是，所述的甘蔗工艺成熟期自动观测方法中，所述步骤六具体为：在甘蔗植株图像的RGB颜色空间中将甘蔗植株图像由RGB模型转换至HSL色彩模型，提取黄色像素，计算整个甘蔗植株图像中黄色像素占整个甘蔗植株图像像素的比例值Y。优选的是，所述的甘蔗工艺成熟期自动观测方法中，所述步骤一中，实时获取的甘蔗图像中具有测量甘蔗高度的标杆图像；所述步骤七具体为：获取标杆的实际高度H1，以及未有任何遮挡的标杆的像素个数N1，检测n天中的第1天获得的甘蔗植株图像中标杆的像素个数N21，计算测试的第1天的甘蔗植株高度H21＝[(N1-N21)×H1]/N1，并检测n天中的最后1天获得的甘蔗植株图像中标杆的像素个数N2n，计算测试的第n天的甘蔗植株高度H2n＝[(N1-N2n)×H1]/N1，根据测试的第1天和第n天的甘蔗植株高度计算甘蔗生长速率V，V＝(H2n-H21)/n，其中n≥2。本专利技术至少包括以下有益效果：本专利技术利用图像识别技术，通过计算植株覆盖度、甘蔗绿色像素占比和黄色像素占比，以及植株高度、生长速率，来完成甘蔗工艺成熟期自动观测，比传统的人工观测方法客观性高、时效性和实用性强，且降低了劳动强度和生产成本。本专利技术可用于甘蔗“双高”示范基地等甘蔗种植园区的甘蔗生产和管理，为精准甘蔗产业发展提供科学的第一手生产资料，具有广泛应用价值。本专利技术克服了传统的人工观测甘蔗工艺成熟期方法的不足，在参考现行的人工观测甘蔗工艺成熟期的基础上，以甘蔗田间实时采集的甘蔗生长图像为对象，采用K-means聚类分析法分割图像，根据甘蔗几何形状和轮廓特征，利用RGB颜色空间和Lab色彩模型，提取甘蔗植株并自动计算图像中的甘蔗植株覆盖度；对甘蔗颜色特征进行分析，并针对自然强光和野外土壤等环境因素的影响，利用RGB颜色空间和HLS颜色模型，在全局图像区域内，计算绿色像素和黄色像素所占比例；利用甘蔗茎节识别方法并结合标杆计算植株高度，并根据植株高度动态变化计算生长速率；最后以植株覆盖度、绿色像素和黄色像素所占比、以及植株高度生长速率所达到的条件为判断依据，综合三天内12时次图像平均达到判定依据确定甘蔗进入工艺成熟期的时间，提高了观测的客观性和实用性，减少了观测强度，降低了观测成本，能为精细化甘蔗生产和管理提供良好的决策支持。本专利技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本专利技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。附图说明图1是根据本专利技术一个实施例的甘蔗工艺成熟期自动观测的流程框图；图2是根据本专利技术一个实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.甘蔗工艺成熟期自动观测方法，其特征在于，包括：步骤一、实时获取甘蔗图像；步骤二、对甘蔗图像进行预处理；步骤三、对甘蔗图像进行分割，提取甘蔗植株图像；步骤四、根据甘蔗植株图像计算甘蔗植株覆盖度FVC；步骤五、根据甘蔗植株图像计算整个甘蔗植株图像中绿色像素占整个甘蔗植株图像像素的比例值G；步骤六、根据甘蔗植株图像计算整个甘蔗植株图像中黄色像素占整个甘蔗植株图像像素的比例值Y；步骤七、计算甘蔗植株生长速率V；步骤八、若甘蔗植株覆盖度FVC≥覆盖度阈值FVCv、甘蔗绿色像素占整个甘蔗植株图像像素的比例值G≤绿色像素比例阈值Gv、黄色像素占整个甘蔗植株图像像素的比例值Y≥黄色像素比例阈值Yv，且甘蔗植株生长速率V≤甘蔗植株生长速率阈值Vh，则甘蔗图像中的甘蔗植株进入工艺成熟期。

【技术特征摘要】
1.甘蔗工艺成熟期自动观测方法，其特征在于，包括：步骤一、实时获取甘蔗图像；步骤二、对甘蔗图像进行预处理；步骤三、对甘蔗图像进行分割，提取甘蔗植株图像；步骤四、根据甘蔗植株图像计算甘蔗植株覆盖度FVC；步骤五、根据甘蔗植株图像计算整个甘蔗植株图像中绿色像素占整个甘蔗植株图像像素的比例值G；步骤六、根据甘蔗植株图像计算整个甘蔗植株图像中黄色像素占整个甘蔗植株图像像素的比例值Y；步骤七、计算甘蔗植株生长速率V；步骤八、若甘蔗植株覆盖度FVC≥覆盖度阈值FVCv、甘蔗绿色像素占整个甘蔗植株图像像素的比例值G≤绿色像素比例阈值Gv、黄色像素占整个甘蔗植株图像像素的比例值Y≥黄色像素比例阈值Yv，且甘蔗植株生长速率V≤甘蔗植株生长速率阈值Vh，则甘蔗图像中的甘蔗植株进入工艺成熟期。2.如权利要求1所述的甘蔗工艺成熟期自动观测方法，其特征在于，所述步骤一中实时获取甘蔗生长图像后，还包括对甘蔗图像进行质量检测的步骤。3.如权利要求1所述的甘蔗工艺成熟期自动观测方法，其特征在于，所述步骤二具体为：对甘蔗图像进行噪声去除处理。4.如权利要求1所述的甘蔗工艺成熟期自动观测方法，其特征在于，所述步骤三具体为：采用K-means聚类法对甘蔗图像进行分割，提取甘蔗颜色信息连通区域，在连通区域提取甘蔗植株图像。5.如权利要求1所述的甘蔗工艺成熟期自动观测方法，其特征在于，所述步骤四具...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志平，匡昭敏，马瑞升，李莉，谭孟祥，
申请(专利权)人：广西壮族自治区气象减灾研究所，
类型：发明
国别省市：广西,45