[发明专利]一种野外植物叶片分割用硬件系统及其分割方法

说明书

一种野外植物叶片分割用硬件系统，包括控制器，在控制器上连接有电平转移器和USB模块，所述电平转移器用于调节控制器内部的电压，使控制器内部输入与输出协调；所述USB模块用于连接外部设备以实现控制器功能的丰富；所述控制器通过连接器连接有镜头，所述镜头用于拍摄头像以将图像分割成不相交的子集；在控制器上还连接有存储模块和通讯模块，所述存储模块用于存储函数和算法；所述通讯模块用于上传图像数据；一种野外植物叶片分割方法，包括以下步骤：基于偏差函数来定义图像中每个粒子的转移概率；调用以值域为[0,1]的连续函数作为偏差函数权重的加权和形式；控制器基于权重参数定义图像的拉普拉斯矩阵。

技术领域：

本发明涉及一种野外植物叶片分割用硬件系统及其分割方法。

背景技术：

树种识别的必要步骤是从叶片图像中分割出完整的目标树叶，为叶片区域特征提取及叶片分类识别打下基础，叶片分割结果的好坏直接影响识别的准确率；对于要分割的植物叶片，面临着叶片类内剧烈变化和复杂背景两方面的挑战；叶片类内主要影响有：由于光照变化的影响，目标叶片的颜色、亮度不均匀、目标叶片生长过程中遇到虫害或者发育不良而导致树叶残缺或者大小不均匀；复杂背景是指目标叶片周围除了叶片本身之外还有茎秆、果实、藤、树枝、树干等干扰物、目标叶片与周围背景过于相似，相邻叶子之间存在重叠粘连、目标叶片部分处于阴影区，部分处于光照区。

植物叶片图像分割通常用于确定图像中的叶片区域和边界，以减少背景区域的干扰，这是植物物种识别和植物病害检测与识别中的重要步骤；由于植物叶片有特定的整体形状，包括叶缘、叶形、叶脉，需要分割方法具有较强的细节保持能力，因此直接将一般目标分割方法应用到植物叶片图像上难以取得满意的效果，所以在一些复杂背景下的目标图像分割中常常采用随机游走算法进行运算和处理，易于求解、计算高效以及抗噪声能力强。

虽然随机游走算法和对应的硬件结构装置可以广泛应用在复杂背景下的目标图像分割，但是在精细结构目标分割问题中，由于树叶结构不适合粒子转移，粒子是在二维空间中随机转移，在每个位置都有向各个方向转移的可能，无法做到仅沿着目标的细长部分向一个方向连续转移，导致细长部分无法正确分割；并且在叶片结构上不连通目标都需要逐个提供交互才可以将图像分割出来；粒子在二维平面转移的过程十分复杂，所以通过模拟得到每个粒子的随机游走概率显然是不现实的，操作步骤繁琐、效率低下，从而造成得到的图像会存在精准度不高的问题。

发明内容：

本发明实施例提供了一种野外植物叶片分割用硬件系统及其分割方法，结构和方法设计合理，在控制器的集成控制作用下，配合外围硬件结构和电路器件，采用交互式的策略和对用户指定像素进行传播，通过带数据引导项的随机游走算法，从而实现植物叶片图像的分割，基于随机游走构成对像素的关系，建立一个超像素一致性约束模型，并结合人机交互技术，可以获取光滑的、精准度较高、鲁棒性强的叶片分割图像，操作步骤简便、提升了工作效率，解决了现有技术中存在的问题。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种野外植物叶片分割用硬件系统，包括控制器，在控制器上连接有电平转移器和USB模块，所述电平转移器用于调节控制器内部的电压，使控制器内部输入与输出协调；所述USB模块用于连接外部设备以实现控制器功能的丰富；所述控制器通过连接器连接有镜头，所述镜头用于拍摄头像以将图像分割成不相交的子集；在控制器上还连接有存储模块和通讯模块，所述存储模块用于存储函数和算法；所述通讯模块用于上传图像数据；所述控制器的型号为XY6771，在控制器上设有166个引脚，所述控制器通过二十九号引脚到三十八号引脚与连接器相连；所述控制器通过二十七号引脚、四十二号引脚、一百四十六号引脚和一百四十七号引脚与USB模块相连；所述控制器通过六十六号引脚和一百六十号引脚与电平转移器相连；所述控制器通过九十七号引脚、九十八号引脚和九十九号引脚与存储模块相连，所述控制器通过一百六十五号引脚与通讯模块相连。

在控制器上设有I2C接口、SPI接口、DPI接口、AD转换接口和音频接口。