一种基于边缘对偶关系的番茄植株茎秆边缘识别方法技术

本发明专利技术公开了一种基于边缘对偶关系的番茄植株茎秆边缘识别方法。首先对采集的番茄植株彩色图像进行图像分割，直接在二值图像中提取出番茄植株连续边缘，对所提取的的番茄植株边缘进行去噪，然后对番茄植株边缘进行排序，进一步对番茄植株边缘进行基于Tl邻域滤波的边缘类型标识、短边缘段滤波及边缘分割，最后基于边缘间的对偶关系从分割后的番茄植株边缘中提取出番茄植株茎秆边缘对。应用本发明专利技术可实现枝叶近色的番茄植株茎秆边缘的识别，可为番茄植株对靶喷施、番茄生产机器人成簇采摘、自动导航、自动避障等提供所需的番茄植株茎秆在图像中的位置及尺寸等信息。

【技术实现步骤摘要】
一种基于边缘对偶关系的番茄植株茎秆边缘识别方法
本专利技术涉及一种番茄植株茎秆边缘识别方法，尤其是一种基于边缘对偶关系的番茄植株茎秆边缘识别方法。
技术介绍
番茄生产机器人能够较好地解决当前番茄生产中劳动力资源紧缺，劳动力成本高的问题。番茄生产机器人视觉系统的主要功能是实现番茄植株各组成器官的识别和三维定位。其中，进行番茄植株茎秆边缘的识别，可为实现番茄生产过程自动化，如自动对靶喷施、成簇采摘、避障、导航等提供必要的番茄植株茎秆在图像中的位置和尺寸信息，因此具有非常重要的应用价值。当前果蔬植株茎秆识别方法可分为基于彩色图像、多光谱图像及立体视觉的识别方法。基于多光谱图像的识别方法虽然能够实现枝叶近色的果蔬植株茎秆识别，但识别效果较差，且硬件成本较高。基于立体视觉的识别方法对枝叶近色或异色的果蔬茎秆识别均适用，但较难去除与植株距离较近的近色或异色背景。基于彩色图像的识别方法硬件成本较低，较易得到应用和推广。由于该方法主要是基于果蔬植株茎秆与其他器官及背景的颜色差异实现果蔬植株茎秆的识别，因此较适用于枝叶异色果蔬植株茎秆的识别，但该方法较难实现如番茄植株这类枝叶近色的果蔬植株茎秆识别。虽本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于边缘对偶关系的番茄植株茎秆边缘识别方法，其特征在于，包括如下步骤：①图像分割：对番茄植株彩色图像C进行图像分割，获得番茄植株二值图像I；采用基于归一化绿红色差的固定阈值图像分割算法，归一化绿红色差的计算如式(1)所示：

【技术特征摘要】
1.一种基于边缘对偶关系的番茄植株茎秆边缘识别方法，其特征在于，包括如下步骤：①图像分割：对番茄植株彩色图像C进行图像分割，获得番茄植株二值图像I；采用基于归一化绿红色差的固定阈值图像分割算法，归一化绿红色差的计算如式(1)所示：式中：cn—归一化绿红色差；min-表示求最小值；max-表示求最大值；cc—绿红色差，如式(2)所示：式中：RGB—彩色图像的三个颜色分量；②连续边缘提取：在图像分割后的二值图像I中，进行连续边缘提取，获得边缘图像E2，左右边缘图像Elr，上下边缘图像Eud，如式(3)所示：式中：(x,y)—图像I、E2、Elr及Eud的横、纵坐标；③边缘去噪：去除E2中长度小于阈值Tl的短边缘，获得边缘图像E3；④边缘排序：应用一种番茄植株边缘排序算法对边缘图像E3中各边缘的边缘点按其在图像坐标系中的位置先后关系分别进行排序，获得边缘图像E4；⑤基于Tl邻域滤波的边缘点类型标识：按序统计E4边缘图像各边缘中各边缘点的Tl邻域内像素在边缘图像Elr、Eud中的4种类型(Elr中值为1的像素为左类型、值为2的像素为右类型；Eud中值为1的像素为上类型、值为2的像素为下类型)边缘点个数，将当前边缘点类型修改为4种类型中边缘点数最多的类型；获得边缘图像E5，其中边缘点类型分别为左、右、上、下像素的值分别为1、2、3、4；⑥短边缘段滤波：对边缘图像E5各边缘中长度小于阈值Ts的短边缘段的边缘点类型修改为与该短边缘段相邻的长边缘段的边缘点类型，获得边缘图像E6；⑦边缘分割：按序遍历E6图像中各边缘中的各边缘点，在边缘点序号前后相邻的两个类型不同的边缘点处，将该边缘分割为两段，获得边缘图像E7；⑧基于边缘对偶关系的番茄植株茎秆边缘对提取；番茄植株茎秆边缘对间距较小；通过遍历边缘图像E7中各边缘，求当前边缘上边缘点与对偶边缘点的间距t，若该边缘上边缘点与同一对偶边缘的所有相应对偶边缘点间距t均小于非茎秆宽度阈值Tn，且该对偶边缘上间距t小于茎秆宽度阈值Ty(Ty<Tn，且Tn-Ty为茎秆边缘噪声宽度)的对偶边缘点数大于阈值Tm，则提取出该边缘和该对偶边缘，从而实现番茄茎秆边缘的识别；其中，当前边缘点若分别为左、右、上、下类型，则其对偶边缘点分别为在该当前边缘点右、左、下、上侧区域内的第一个右、左、下、上类型边缘点；对偶边缘点所在边缘为当前边缘的对偶边缘。2.如权利要求1所述的一种基于边缘对偶关系的番茄植株茎秆边缘识别方法，其特征在于，所述的基于Tl邻域滤波的边缘点类型标识，实现方法如下：按序遍历E4边缘图像中的所有边缘点；统计当前边缘点及其前后Tl/2个边缘点共计Tl+1个边缘点在边缘图像Elr、Eud中的4种类型边缘点个数，将当前边缘点类型修改为4种类型中边缘点数最多的类型；对于每条边缘前Tl/2个边缘点，则将其边缘点类型修改为该边缘前Tl个边缘点4种类型中边缘点数最多的类型；对于每条边缘最后Tl/2个边缘点，则将其边缘点类型修改为该边缘最后Tl个边缘点4种类型中边缘点数最多的类型；获得经Tl邻域滤波后的边缘图像E5。3.如权利要求1所述的一种基于边缘对偶关系的番茄植株茎秆边缘识别方法，其特征在于，所述的短边缘段滤波，实现方法如下：遍历边缘图像E5中各边缘上的各边缘点，定义边缘长度变量Count并初始化为0；判断当前边缘点与其相邻的前一边缘点的边缘点类型是否一致：若是，则Count自增1，将当前边缘点的后一相邻边缘点作为当前边缘点；否则，将当前边缘点之前Count个边缘点的边缘点类型修改为当前边缘点之前第Count+1个边缘点的类型，若这Count个边缘点为当前边缘的起始Count个边缘点，则将该Count个边缘点的边缘点类型修改为当前边缘点的边缘点类型，Count重置为1，将当前边缘点的后一相邻边缘点作为当前边缘点；重复上述步骤，直至遍历完边缘图像E5中所有边缘上的所有边缘点为止。4.如权利要求1所述的一种基于边缘对偶关系的番茄植株茎秆边缘识别方法，其特征在于，所述的边缘分割，实现方法如下：遍历边缘图像E6中各边缘上的各边缘点；判断当前边缘点与其相邻的前一边缘点的边缘点类型是否一致：若是，则当前边缘点与其相邻的前一边缘点属于同一边缘，不进行边缘分割，将当前边缘点的后一相邻边缘点作为当前边缘点；否则，当前边缘点与其相邻的前一边缘点属于不同边缘，以当前边缘点为边缘分割点，将当前边缘分为两段，将当前边缘点所在的边缘作为当前边缘，将当前边缘点的后一相邻边缘点作为当前边缘点；重复上述步骤，直至遍历完边缘图像E6中所有边缘上的所有边缘点为止。5.如权利要求1所述的一种基于边缘对偶关系的番茄植...

【专利技术属性】
技术研发人员：项荣，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33