本實用新型涉及數(shù)字圖像處理和模式識別技術領域，尤其是涉及一種植物葉片圖像補全裝置。

背景技術：

隨著計算機圖像處理技術和人工智能技術的發(fā)展，圖像恢復處理的技術也逐漸滲透到了醫(yī)療圖像和圖像壓縮恢復等領域，由于農(nóng)業(yè)發(fā)展的需要，植物物種的機器識別應運而生，特別是農(nóng)作物的生長發(fā)育、質(zhì)量產(chǎn)量檢測和病蟲害檢測等方面，植物物種識別都發(fā)揮著重要作用。為了更好的識別植物物種，完整、清晰的植物葉片圖像作為物種識別的前提也顯得異常重要，而往往我們所采集到的圖片往往可能因為數(shù)據(jù)的缺失而影響到識別效果。缺失的原因可能包括由于信息在采集過程中設備故障、部分信息被遮擋、條件限制或者人為等因素。張量的概念最早由Hitchcock于1927年提出，Cattell于1944年提出了多維模型的觀點，但是這些理論都沒有引起足夠的重視。20世紀60年代，張量的理論被Tucker應用到心理測驗學領域，逐漸引起人們的注意。1970年，Carroll和Chang分析了N階張量的分解以及相似性判斷的問題，Harshman提出了一種可解釋的張量分解模型，并都成功應用于心理測驗學領域。張量的研究開始得到更多重視，并逐漸擴展到其它領域。1981年，Appellof和Davidson首次在化學計量學領域成功應用了張量分解，從此，張量的方法開始在這個領域變得越來越流行，并出版了一本相關書籍。與此同時，張量的雙線性形式的分解開始在代數(shù)復雜性領域引起人們的興趣。最有意思的例子是Strassen矩陣相乘，它可以用一個4x4x4的張量的分解來描述一個2x2矩陣相乘。最近十年，對張量估計的研究已經(jīng)擴展到各個領域，例如信號處理，數(shù)值線性代數(shù)，計算機視覺，數(shù)值分析，數(shù)據(jù)挖掘，神經(jīng)系統(tǒng)科學等領域。

目前主流的移動端操作系統(tǒng)包括iOS、Android和Windows Phone，iOS是由蘋果公司開發(fā)的移動操作系統(tǒng)，蘋果公司最早于2007年1月9日的Macworld大會上公布了這個系統(tǒng)，當時它的名字是iPhone OS X，是設計給iPhone使用。iPad是由蘋果公司于2010年開始發(fā)布的平板電腦系列，定位介于iPhone和筆記本電腦產(chǎn)品之間，于iPhone布局類似，采用ARM架構(gòu)，最新的iPad Pro配置了1200萬像素的攝像頭，支持4K，采用的Retina顯示屏使得圖像的顯示更清晰和更細節(jié)化，這樣有利于圖像恢復效果的展示。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供一種植物葉片圖像補全裝置，具有自動補全圖像、結(jié)構(gòu)簡單、展示效果好、攜帶方便、操作容易、處理快速高效、精度高等優(yōu)點。

本實用新型的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn)：

一種植物葉片圖像補全裝置，包括客戶端和服務器端，還包括輔助補全拍照器，所述客戶端包括中央處理器，以及分別連接中央處理器的圖像采集器、液晶觸摸顯示屏、數(shù)據(jù)存儲器和第一網(wǎng)絡通信器，所述圖像采集器包括相連接的圖像傳感器和攝像頭，所述圖像傳感器連接中央處理器，所述服務器端包括圖像處理器，以及分別連接圖像處理器的圖像補全恢復器和第二網(wǎng)絡通信器，所述第一網(wǎng)絡通信器通過無線網(wǎng)絡連接第二網(wǎng)絡通信器，所述輔助補全拍照器包括夾持殼體、攝像頭定位圈、葉片范圍發(fā)射燈圈、測距器和數(shù)據(jù)線，所述攝像頭定位圈設于夾持殼體上，夾持殼體夾持于客戶端上，攝像頭位于攝像頭定位圈內(nèi)，所述葉片范圍發(fā)射燈圈套設于攝像頭定位圈上，所述測距器設于攝像頭定位圈上，葉片范圍發(fā)射燈圈和測距器通過數(shù)據(jù)線連接中央處理器。

所述攝像頭定位圈內(nèi)設有魚眼，所述魚眼位于攝像頭前方。

所述葉片范圍發(fā)射燈圈包括多個紅外發(fā)射燈和范圍定位圈，所述范圍定位圈套設于攝像頭定位圈上，所述多個紅外發(fā)射燈沿圓周均勻內(nèi)嵌于范圍定位圈內(nèi)，并分別通過數(shù)據(jù)線連接中央處理器。

所述中央處理器連接有GPRS采集器。

所述液晶觸摸顯示屏為Retina顯示屏。

所述客戶端為手持終端。

所述手持終端包括iPhone手機和iPad平板電腦。

所述圖像采集器還包括曝光控制器和外接閃光燈，所述曝光控制器和外接閃光燈分別連接攝像頭。

所述無線網(wǎng)絡包括CDMA、GPRS和CDPD網(wǎng)絡。

所述數(shù)據(jù)存儲器包括內(nèi)存儲卡和外存儲卡。

與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有以下優(yōu)點：

一、圖像補全恢復：本實用新型首先利用輔助補全拍照器配合客戶端的攝像頭進行葉片拍照，葉片范圍發(fā)射燈圈有利于控制葉片拍照范圍，獲得的照片內(nèi)可包含大面積的葉片信息，測距器獲取攝像頭與葉片之間距離，從而可獲取葉片的面積大小，其次利用服務器端的圖像補全恢復器，對采集的圖像進行遠程圖像處理，自動恢復出完整清晰的圖像，提高葉片識別的準確率。

二、結(jié)構(gòu)簡單、攜帶方便、操作容易、處理快速高效：本實用新型采用手持客戶端，攜帶方便，適于野外工作者對大自然葉片進行采集，設置液晶觸摸顯示屏，注重人機交互，操作容易，第一網(wǎng)絡通信器和第二網(wǎng)絡通信器及時交互，使得圖像處理實時、高效。

三、本實用新型中輔助補全拍照器還設置魚眼，提供攝像頭的采光范圍，有利于捕捉到更多的葉片信息，同時還設置GPRS采集器用來采集地理信息，進一步提高圖像補全恢復后的葉片識別的準確率。

四、本實用新型中葉片范圍發(fā)射燈圈利用紅外發(fā)射燈在攝像頭前方形成點圈，作為葉片范圍的參照，可指導用戶對葉片范圍的拍照，有利于后續(xù)的葉片圖像補全恢復。

五、本實用新型選用Retina顯示屏作為圖像顯示和人機交互界面，Retina顯示屏采用一個圖片像素對應一個屏幕像素的方式顯示，不會產(chǎn)生Windows中分辨率提升使屏幕文字與圖像變小，造成閱讀困難的問題，既保持了觀看舒適度，又提高了顯示效果。

附圖說明

圖1為本實用新型內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型正視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實用新型右視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、客戶端，2、服務器端，3、輔助補全拍照器，11、中央處理器，12、圖像采集器，13、液晶觸摸顯示屏，14、數(shù)據(jù)存儲器，15、第一網(wǎng)絡通信器，16、GPRS采集器，17、客戶端殼體，121、圖像傳感器，122、攝像頭，123、曝光控制器，124、外接閃光燈，21、圖像處理器，22、圖像補全恢復器，23、第二網(wǎng)絡通信器，31、夾持殼體，32、攝像頭定位圈，33、環(huán)狀葉片范圍發(fā)射燈，34、測距器，35、數(shù)據(jù)線，36、魚眼。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細說明。本實施例以本實用新型技術方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本實用新型的保護范圍不限于下述的實施例。

如圖1、圖2和圖3所示，一種植物葉片圖像補全裝置，用以幫助用戶根據(jù)植物圖像的可見數(shù)據(jù)進行植物圖像的補全，包括客戶端1、服務器端2和輔助補全拍照器3，客戶端1包括客戶端殼體17，客戶端殼體17內(nèi)設置中央處理器11，以及分別連接中央處理器11的圖像采集器12、液晶觸摸顯示屏13、數(shù)據(jù)存儲器14和第一網(wǎng)絡通信器15，數(shù)據(jù)存儲器14包括內(nèi)存儲卡和外存儲卡，圖像采集器12包括相連接的圖像傳感器121和攝像頭122，以及分別連接攝像頭122的曝光控制器123和外接閃光燈124，圖像傳感器121連接中央處理器11，服務器端2包括圖像處理器21，以及分別連接圖像處理器21的圖像補全恢復器22和第二網(wǎng)絡通信器23，第一網(wǎng)絡通信器15通過無線網(wǎng)絡連接第二網(wǎng)絡通信器23，無線網(wǎng)絡包括CDMA(碼分多址)、GPRS(通用分組無線服務)和CDPD(蜂窩數(shù)字式分組數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡)等網(wǎng)絡制式類型。服務器端2還可以設置圖像識別器，與圖像補全恢復器22連接，在圖像補全后實現(xiàn)更準確的葉片識別。

如圖2和圖3所示，輔助補全拍照器3包括夾持殼體31、攝像頭定位圈32、葉片范圍發(fā)射燈圈33、測距器34和數(shù)據(jù)線35，攝像頭定位圈32設于夾持殼體31上，夾持殼體31夾持于客戶端殼體17上，攝像頭122位于攝像頭定位圈32內(nèi)，攝像頭定位圈32內(nèi)設有魚眼36，魚眼36位于攝像頭122前方，葉片范圍發(fā)射燈圈33套設于攝像頭定位圈32上，測距器34設于攝像頭定位圈32上，葉片范圍發(fā)射燈圈33和測距器34通過數(shù)據(jù)線35連接中央處理器11，中央處理器11控制葉片范圍發(fā)射燈圈33的開關，并接收測距器34采集的攝像頭122到葉片的距離，從而得到葉片的大小，用于后續(xù)的葉片補全和識別等。

葉片范圍發(fā)射燈圈33包括多個紅外發(fā)射燈和范圍定位圈，范圍定位圈套設于攝像頭定位圈32上，多個紅外發(fā)射燈沿圓周均勻內(nèi)嵌于范圍定位圈內(nèi)，并形成喇叭狀，每個紅外發(fā)射燈分別通過數(shù)據(jù)線35連接中央處理器11，拍照之前，紅外發(fā)射燈在攝像頭122前方形成點圈，作為葉片范圍的參照，指導用戶將需要拍攝的葉片放入點圈中，在拍照時，則瞬時關閉紅外發(fā)射燈，這樣使得拍照的葉片正好位于照片中心，且照片包含近似完整的葉片。

中央處理器11連接有GPRS采集器16，獲取的地址信息連通植物圖像傳輸給服務器端2，供后續(xù)圖像信息的處理。

液晶觸摸顯示屏13為Retina顯示屏，由液晶面板、高壓板、按鍵板以及驅(qū)動板等構(gòu)成。Retina顯示屏渲染出2048x1536個像素，其中每四個像素一組，輸出原來屏幕的一個像素顯示的大小區(qū)域內(nèi)的圖像。這樣一來，用戶所看到的圖標與文字的大小與原來的1024x768分辨率顯示屏相同，但精細度是原來的4倍，但對于特殊元素，如視頻與圖像，則以一個圖片像素對應一個屏幕像素的方式顯示。故不會產(chǎn)生Windows中分辨率提升使屏幕文字與圖像變小，造成閱讀困難的問題。這樣在設計軟件時只需將所有的UI元素的精細度都提高到原來的4倍就可以既保持了觀看舒適度，又提高了顯示效果。

客戶端1為手持終端，手持終端包括iPhone手機和iPad平板電腦，本實用新型中，以iPhone手機為例。圖像傳感器121為光傳感器，由索尼制造，采用Exmor RS背照式CMOS圖像傳感器121，具有1.5μm的像素面積，傳感器部分的尺寸為4.8×6.1mm。圖像補全恢復器22為由市場上直接購買的芯片成品，圖像補全恢復器22將張量估計引入植物葉片圖像補全領域，由于植物的生長環(huán)境基本都在室外，傳統(tǒng)的臺式機，筆記本不適合隨身攜帶來采集識別植物葉片，而手持終端體積小，方便攜帶，并且攝像系統(tǒng)的普及以及4G時代的到來，將十分有利于利用便攜的平板電腦采集葉片，通過單機或者聯(lián)網(wǎng)的形式對植物葉片進行處理識別。

植物圖像自動補全恢復過程：圖像采集器12配合輔助補全拍照器3采集葉片圖像，或中央處理器11直接選取外存儲卡中的圖像，液晶觸摸顯示屏13在客戶端1中將恢復前的圖像予以展示，然后將圖像經(jīng)過第一網(wǎng)絡通信器15傳輸給服務器端2，服務器端2的圖像處理器21對客戶端1傳來的圖像進行處理，將RGB圖像轉(zhuǎn)換為三維張量數(shù)據(jù)形式，通過圖像補全恢復器22對張量形式數(shù)據(jù)進行低秩估計、迭代運算，對圖像進行恢復并將恢復結(jié)果通過第二網(wǎng)絡通信器23回傳給客戶端1，并將最終結(jié)果顯示在液晶觸摸顯示屏13的人機交互界面上，進行高清展示。