[发明专利]一种基于红外图像的水稻植株分割方法

说明书

本发明公开了一种基于红外图像的水稻植株分割方法，包括如下步骤：红外图像归一化，滑动窗口设置，横向及纵向移动步长设置；对滑动窗口内的图像利用OTSU算法进行前景判断，全图像判断，窗口按既有设定滑动以确保遍历整张图像；滑动过程中，累加像素点单次判断结果和判断次数；将结果聚合，对前景判断结果进行评估，将判定结果转化为灰度图像素值；再去除小区域、移除粒子面积阈值小于自定义阈值的部分；图像二值化，得到分割结果图。该方法可解决基于红外图像的水稻植株分割过程中，前景部分与背景部分关系模糊的问题，通过滑动窗口多次判断后聚合结果，降低了前景部分的分割误差。

技术领域

本发明属于农业自动化及农业信息技术领域，具体涉及一种基于红外图像的水稻植株分割方法。

背景技术

水稻是世界最重要的粮食作物之一，全球约一半人口以稻米为主食。而中国作为世界上最大的稻米生产国和消费国，其播种面积占粮食作物播种面积的30％左右，消费量占中国粮食消费总量的40％左右，均占我国粮食作物之首，是我国的第一大作物。随着精准农业的广泛应用，获取作物种植信息在生产过程中尤为重要，厘清地区的水稻种植信息不仅可以实时了解植株的生长状况，还可为为水稻产业结构调整提供基础数据。目前已经实现了利用遥感技术和作物表型平台获取高通量的水稻高光谱影像并传送至计算机，如何从大批量水稻影像中提取植株性状信息是进行后续研究的关键步骤。

其中，基于红外图像的分割处理是后续目标检测、识别和获取植株性状等技术的前提，目的是将图像中关键有用的水稻植株从背景中分离出来。由于在成像过程中受温度、气流、噪声和辐射等各种因素的影响，红外图像普遍具有低对比度和高噪声的特点，从使目标提取工作具有很大的难度。目前虽存在多种多样的图像分割算法，但由于目标图像的多样性和分割问题的复杂性，并没有通用的图像分割方法。

发明内容

(一)要解决的技术问题

水稻植株批量准确分割，对于水稻后续研究具有重要意义。如何降低水稻植株红外图像中不确定的背景因素对植株主体的干扰，一直是本领域的一个技术难题。为解决背景对目标区域的干扰问题，本发明提出了一种基于红外图像的水稻植株分割方法。

(二)技术方案

为了解决其技术问题，本发明提供了一种基于红外图像的水稻植株分割方法。该方法包括以下步骤：

S1，利用红外相机获得水稻植株红外温度图，将其归一化为像素值范围为0到255的灰度图；

S2，批量读取归一化后的红外图像，获取图像大小Length*Height；

S3，根据步骤S2的结果自定义滑动窗口大小及移动步长，滑动窗口长L、高H，横向移动步长l、纵向移动步长h；

S4，由于水稻植株温度低于背景部分，其对应像素值低于背景部分像素值，对单个滑动窗口内的图像进行OTSU得到合适的分割阈值，对低于该阈值的部分判断为植株部分，对应区域内每个像素值的判断结果r记为1，反之r＝0；

S5，滑动窗口从红外图像左上位置出发，按自定义横向步长由图像最左侧向右移动至其中点横坐标大于等于图像中心点横坐标时停止，继而滑动窗口从图像最右侧向左移动至其中点横坐标小于图像中心点横坐标时停止；

S6，滑动窗口返回横向移动的出发位置，按自定义纵向步长由图像上端向下移动，并重复步骤S5中的横向遍历，至其中点纵坐标大于等于图像中心点纵坐标时停止，继而滑动窗口从左下位置出发，同时重复上述横向遍历，再按自定义纵向步长由图像下端向上移动，至其中点纵坐标小于图像中心点纵坐标时停止；通过上述处理，确保滑动窗口遍历整张图片，移动过程中对区域内的图像进行前景判断，并统计每个像素点的判断结果r，累计判断次数P；