一种粘连谷粒的凹点检测与分割算法制造技术

本发明专利技术公开了一种粘连谷粒的凹点检测与分割算法，包括以下步骤：在正常光照下，采集彩色谷粒图像，并转换为二值谷粒图像；统计二值谷粒图像中各谷粒连通区域面积，并删除面积小于100的连通区域；将最小谷粒连通区域的面积作为单个谷粒的面积S0，再根据S0计算单个谷粒的周长；对谷粒连通区域上的曲线段采用椭圆拟合，利用拟合椭圆分割出第I类谷粒连通区域Ω

【技术实现步骤摘要】
一种粘连谷粒的凹点检测与分割算法


[0001]本专利技术涉及农业生产
，尤其涉及一种粘连谷粒的凹点检测与分割算法。

技术介绍

[0002]在农业领域的研究中，经常需要对粘连谷粒图像进行分割，以进一步检测谷粒的长度，宽度等形态参数。传统的方法是通过手工来完成谷粒形态参数的测量，这种方式不但耗时费力，而且准确率难以保证，无法达到快速准确测量的要求。
[0003]当前，利用数字图像处理技术对谷粒目标进行自动分割，进而测量各谷粒的形态参数，从而节省大量人力。为保证准确分割谷粒，一般要求在摆放谷粒时，谷粒之间留有一定空间，相互之间不能有粘连。在实际操作时，这将带来两个问题，其一是由于要求将谷粒单独摆放，这将增加人力要求，其二是由于一幅图像中包含的谷粒数目较少，使得在统计大量谷粒形态参数时，需要拍摄大量谷粒图像，这也增加了人力。因此，在摆放谷粒时，希望允许谷粒之间存在粘连，这就对谷粒分割算法提出了更高要求。
[0004]当前常见的粘连目标分割算法主要包括基于分水岭的分割算法，凹点对匹配分割算法等。基于分水岭的分割算法可以完成谷粒分割，但当图像中含有噪声或目标存在粗糙边缘时，该方法容易产生过分割，而当谷粒间存在较为严重的粘连时，该方法易产生欠分割。另外，凹点对匹配分割算法首先需要提取连通目标区域，接着对目标区域轮廓线上的凹点进行检测，进而通过凹点对的匹配形成分割线，最后分割粘连目标区域。该方法对粘连谷粒区域约束较多，分割效果不稳定。

技术实现思路

[0005]有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是现有的粘连分割方法容易产生过分割或欠分割，或者对粘连谷粒区域约束较多，分割效果不稳定的问题。本专利技术提供了一种粘连谷粒的凹点检测与分割算法，无需专业的摄像环境和设备，无需人工干预，操作简便，成本低，分割精度高。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种粘连谷粒的凹点检测与分割算法，包括以下步骤：
[0007]步骤一、在正常光照下，采集彩色谷粒图像，并允许谷粒之间存在粘连；
[0008]步骤二、将彩色谷粒图像转换为二值谷粒图像；
[0009]步骤三、统计二值谷粒图像中各谷粒连通区域面积，并删除面积小于100的连通区域；
[0010]步骤四、将删除面积小于100的连通区域后的谷粒连通区域面积中的最小谷粒连通区域的面积作为单个谷粒的面积S0，再根据S0计算单个谷粒的周长L0；
[0011]步骤五、将二值谷粒图像中的谷粒连通区域分为两类，第I类谷粒连通区域Ω
I
是指谷粒连通区域只包含单个谷粒，第II类谷粒连通区域Ω
II
是指谷粒连通区域包含两个以上粘连谷粒；
[0012]步骤六、提取属于Ω
II
的谷粒连通区域的轮廓；
[0013]步骤七、检测属于Ω
II
的谷粒连通区域的凹点；
[0014]步骤八、对谷粒连通区域上的曲线段采用椭圆拟合，利用拟合椭圆分割出第I类谷粒连通区域Ω
I
，对于剩下的谷粒连通区域，删除面积小于100的连通区域，再返回步骤五，直到将所有的第I类谷粒连通区域Ω
I
从彩色谷粒图像中分割出来。
[0015]进一步地，步骤一中，在正常光照下，采集彩色谷粒图像，并允许谷粒之间存在粘连，具体包括以下步骤：
[0016]将谷粒置于不反光的黑色背景布上，并允许谷粒之间存在粘连；
[0017]在正常光照下，将手机置于谷粒正上方进行拍摄，得到彩色谷粒图像。
[0018]进一步地，步骤二中，将彩色谷粒图像转换为二值谷粒图像，具体包括如下步骤：
[0019]将彩色谷粒图像中各像素的红色值、绿色值和蓝色值相加，得到m，当m≥200，则将该像素看作谷粒，用1表示，反之，m<200，则将该像素看作背景，用0表示，从而将彩色谷粒图像转换为二值谷粒图像。
[0020]进一步地，步骤三中，统计二值谷粒图像中各谷粒连通区域面积，删除面积小于100的连通区域，具体包括如下步骤：
[0021]对于步骤二得到的二值谷粒图像，统计像素值等于1的各连通区域中所包含的像素数目，并将像素数目作为连通区域的面积；
[0022]删除面积小于100的连通区域。
[0023]进一步地，步骤四中，将删除面积小于100的连通区域后的谷粒连通区域面积中的最小谷粒连通区域的面积作为单个谷粒的面积S0，再根据S0计算单个谷粒的周长L0，具体包括如下步骤：
[0024]根据步骤三得到的各谷粒连通区域的面积，将删除面积小于100的连通区域后的谷粒连通区域面积中的面积最小的谷粒连通区域的面积作为单个谷粒的面积S0；
[0025]谷粒的形状可以看作是椭圆形，对于固定品种的谷粒，其对应椭圆长半轴长a与短半轴长b之间的比值为固定值η，即a＝ηb；根据椭圆面积公式S0＝πab，得到进一步根据椭圆周长公式L＝2πb+4(a
‑
b)，得到单个谷粒的周长b)，得到单个谷粒的周长
[0026]进一步地，步骤五中，将二值谷粒图像中的谷粒连通区域分为两类，第I类谷粒连通区域Ω
I
是指谷粒连通区域只包含单个谷粒，第II类谷粒连通区域Ω
II
是指谷粒连通区域包含两个以上粘连谷粒，具体包括如下步骤：
[0027]根据步骤三得到的各谷粒连通区域的面积，当谷粒连通区域的面积S<1.2S0，则该谷粒连通区域只包含单个谷粒，将该连通区域看作第I类谷粒连通区域Ω
I
；当谷粒连通区域的面积S≥1.2S0，则该谷粒连通区域包含两个以上粘连谷粒，将该连通区域看作第II类谷粒连通区域Ω
II
。
[0028]进一步地，步骤六中，提取属于Ω
II
的谷粒连通区域的轮廓，具体包括如下步骤：
[0029](1)从Ω
II
中取出一个谷粒连通区域ω
i
；
[0030](2)计算谷粒连通区域中各点的八邻域之和，将结果小于等于6的点作为候选点；
[0031](3)将最左边的候选点a标记为谷粒连通区域的轮廓点，并将a点作为当前点p0；
[0032](4)以当前点p0为中心，在p0的八邻域中任意选择一个候选点p1，如果p1点未被标记为轮廓点，则将p1点标记为谷粒连通区域的轮廓点，并将p1点作为当前点p0；
[0033](5)反复进行第(4)步，直到当前点p0的八邻域中出现a点，则完成轮廓提取。
[0034]进一步地，步骤七中，检测属于Ω
II
的谷粒连通区域的凹点，具体包括如下步骤：
[0035](1)从Ω
II
中取出一个谷粒连通区域ω
i
；
[0036](2)遍历步骤六得到的ω
i
上的各轮廓点p
i
，以p
i
为基准点，沿轮廓向本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种粘连谷粒的凹点检测与分割算法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、在正常光照下，采集彩色谷粒图像，并允许谷粒之间存在粘连；步骤二、将所述彩色谷粒图像转换为二值谷粒图像；步骤三、统计所述二值谷粒图像中各谷粒连通区域面积，并删除面积小于100的连通区域；步骤四、将删除面积小于100的连通区域后的谷粒连通区域面积中的最小谷粒连通区域的面积作为单个谷粒的面积S0，再根据S0计算单个谷粒的周长L0；步骤五、将所述二值谷粒图像中的谷粒连通区域分为两类，第I类谷粒连通区域Ω
I
是指谷粒连通区域只包含单个谷粒，第II类谷粒连通区域Ω
II
是指谷粒连通区域包含两个以上粘连谷粒；步骤六、提取属于Ω
II
的谷粒连通区域的轮廓；步骤七、检测属于Ω
II
的谷粒连通区域的凹点；步骤八、对谷粒连通区域上的曲线段采用椭圆拟合，利用拟合椭圆分割出第I类谷粒连通区域Ω
I
，对于剩下的谷粒连通区域，删除面积小于100的连通区域，再返回步骤五，直到将所有的第I类谷粒连通区域Ω
I
从彩色谷粒图像中分割出来。2.根据权利要求1所述的一种粘连谷粒的凹点检测与分割算法，其特征在于，所述步骤一中，在正常光照下，采集彩色谷粒图像，并允许谷粒之间存在粘连，具体包括以下步骤：将谷粒置于不反光的黑色背景布上，并允许谷粒之间存在粘连；在正常光照下，将手机置于谷粒正上方进行拍摄，得到彩色谷粒图像。3.根据权利要求2所述的一种粘连谷粒的凹点检测与分割算法，其特征在于，所述步骤二中，将彩色谷粒图像转换为二值谷粒图像，具体包括如下步骤：将彩色谷粒图像中各像素的红色值、绿色值和蓝色值相加，得到m，当m≥200，则将该像素看作谷粒，用1表示，反之，m<200，则将该像素看作背景，用0表示，从而将彩色谷粒图像转换为二值谷粒图像。4.根据权利要求3所述的一种粘连谷粒的凹点检测与分割算法，其特征在于，所述步骤三中，统计二值谷粒图像中各谷粒连通区域面积，删除面积小于100的连通区域，具体包括如下步骤：对于步骤二得到的二值谷粒图像，统计像素值等于1的各连通区域中所包含的像素数目，并将像素数目作为连通区域的面积；删除面积小于100的连通区域。5.根据权利要求4所述的一种粘连谷粒的凹点检测与分割算法，其特征在于，所述步骤四中，将删除面积小于100的连通区域后的谷粒连通区域面积中的最小谷粒连通区域的面积作为单个谷粒的面积S0，再根据S0计算单个谷粒的周长L0，具体包括如下步骤：根据步骤三得到的各谷粒连通区域的面积，将删除面积小于100的连通区域后的谷粒连通区域面积中的面积最小的谷粒连通区域的面积作为单个谷粒的面积S0；谷粒的形状可以看作是椭圆形，对于固定品种的谷粒，其对应椭圆长半轴长a与短半轴长b之间的比值为固定值η，即a＝ηb；根据椭圆面积公式S0＝πab，得到进一步根据椭圆周长公式L＝2πb+4(a
‑
b)，得到单个谷粒的周长b)，得到单个谷粒的周长
6.根据权利要求5所述的一种粘连谷粒的凹点检测与分割算法，其特征在于，所述步骤五中，将二值谷粒图像中的谷粒连通区域分为两类，第I类谷粒连通区域Ω
I
是指谷粒连通区域只包含单个谷粒，第II类谷粒连通区域Ω
II
是指谷粒连通区域包含两个以上粘连谷粒，具体包括如下步骤：根据步骤三得到的各谷粒连通区域的面积，当谷粒连通区域的面积S<1.2S0，则该谷粒连通区域只包含单个谷粒，将该连通区域看作第I类谷粒连通区域Ω
I
；当谷粒连通区域的面积S≥1.2S0，则该谷粒连通区域包含两个以上粘连谷粒，将该连通区域看作第II类谷粒连通区域Ω
II
。7.根据权利要求6所述的一种粘连谷粒的凹点检测与...

【专利技术属性】
技术研发人员：马燕，熊斌斌，赵金凤，马志康，黄慧，王斌，
申请(专利权)人：上海师范大学，
类型：发明
国别省市：