[发明专利]一种基于边缘对偶关系的番茄植株茎秆边缘识别方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。虽然目前有基于彩色图像实现枝叶近色果蔬植株茎秆的识别，但主要是基于主茎支持线的识别实现果蔬植株主茎的识别，其应用有局限，且只能实现主茎的识别。

综上，非常需要一种基于彩色图像的植株茎秆边缘识别方法。本发明可实现番茄植株茎秆边缘的识别，可为番茄植株对靶喷施、番茄生产机器人自动导航、成簇采摘、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。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于边缘对偶关系的番茄植株茎秆边缘识别方法，以实现彩色图像中枝叶近色的番茄植株茎秆边缘与叶子边缘的分离，识别出番茄植株茎秆边缘对。

本发明采用的技术方案是：

本发明包括如下步骤：

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：c_n—归一化绿红色差；min-表示求最小值；max-表示求最大值；c_c—绿红色差，如式(2)所示：

式中：RGB—彩色图像的三个颜色分量；I(x,y)—图像分割后的二值图像I中坐标为(x,y)的像素值；

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、E_lr及E_ud的横、纵坐标；

③边缘去噪：去除E2中长度小于阈值T_l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；