本發(fā)明涉及植株種植技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于無人機(jī)遙感影像的玉米出苗率計(jì)算方法及裝置。

背景技術(shù)：

田間莊稼的種子出苗率是評(píng)價(jià)種子質(zhì)量的一個(gè)基本且關(guān)鍵的指標(biāo)。較高的出苗率是獲得高產(chǎn)農(nóng)產(chǎn)品的前提，也是種子是否適合推廣播種的一個(gè)重要參考因數(shù)。

目前，對(duì)于田間種子出苗率的計(jì)算方式主要為，將通過人工下田統(tǒng)計(jì)的出苗的育種玉米植株數(shù)目與播下的種子數(shù)目相比，得出種子出苗率。

對(duì)于大面積的田間種植，在出苗的育種玉米植株數(shù)目的統(tǒng)計(jì)過程中，耗費(fèi)人力過多，工作效率過低，且統(tǒng)計(jì)數(shù)目易出現(xiàn)差錯(cuò)，影像出苗率的計(jì)算精度。因此，急需一種省力、高效、精確計(jì)算出苗率的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種玉米出苗率計(jì)算方法及裝置，以克服在出苗的育種玉米植株數(shù)目的統(tǒng)計(jì)過程中耗費(fèi)人力過多，工作效率過低，且統(tǒng)計(jì)數(shù)目易出現(xiàn)差錯(cuò)，影像出苗率的計(jì)算精度的問題。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種玉米出苗率計(jì)算方法，包括：步驟1，對(duì)全局育種玉米植株航拍影像，進(jìn)行超綠特征灰度運(yùn)算得到灰度圖像，并對(duì)所述灰度圖像進(jìn)行二值化處理，得到二值圖像；步驟2，對(duì)所述二值圖像，分別分割出每一壟育種玉米植株，得到對(duì)應(yīng)的二值圖像條，并對(duì)所述二值圖像條分別在單棵育種玉米植株方向上進(jìn)行投影，得到對(duì)應(yīng)的直方圖；步驟3，計(jì)算每個(gè)所述直方圖各投影點(diǎn)的灰度累加值的平均值，并比較所述平均值和所述各投影點(diǎn)的灰度累加值，確定對(duì)應(yīng)的所述二值圖像條中所含育種玉米植株數(shù)目，并根據(jù)所述育種玉米植株數(shù)目，計(jì)算所述全局育種玉米植株航拍影像中所含育種玉米植株數(shù)目；步驟4，根據(jù)所述全局育種玉米植株航拍影像范圍內(nèi)播撒種子數(shù)和所述全局育種玉米植株航拍影像中所含育種玉米植株數(shù)目，計(jì)算所述育種玉米植株出苗率。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種玉米出苗率計(jì)算裝置，包括：預(yù)處理模塊，對(duì)全局育種玉米植株航拍影像，進(jìn)行超綠特征灰度運(yùn)算得到灰度圖像，并對(duì)所述灰度圖像進(jìn)行二值化處理，得到二值圖像；分割投影模塊，對(duì)所述二值圖像，分別分割出每一壟育種玉米植株，得到對(duì)應(yīng)的二值圖像條，并對(duì)所述二值圖像條分別在單棵育種玉米植株方向上進(jìn)行投影，得到對(duì)應(yīng)的直方圖；比較計(jì)算模塊，計(jì)算每個(gè)所述直方圖各投影點(diǎn)的灰度累加值的平均值，并比較所述平均值和所述各投影點(diǎn)的灰度累加值，確定對(duì)應(yīng)的所述二值圖像條中所含育種玉米植株數(shù)目，并根據(jù)所述育種玉米植株數(shù)目，計(jì)算所述全局育種玉米植株航拍影像中所含育種玉米植株數(shù)目；出苗率計(jì)算模塊，用于根據(jù)全局育種玉米植株航拍影像范圍內(nèi)播撒種子數(shù)和所述全局育種玉米植株航拍影像中所含育種玉米植株數(shù)目，計(jì)算所述育種玉米植株出苗率。

本發(fā)明提出的玉米出苗率計(jì)算方法，通過對(duì)全局育種玉米植株航拍影像的超綠特征灰度運(yùn)算、二值化處理、分割和投影，得到多個(gè)便于統(tǒng)計(jì)育種玉米植株數(shù)目的直方圖；通過將每個(gè)直方圖中的灰度累加值和其平均值的比較，找到灰度累加值連續(xù)大于平均值的投影區(qū)域，認(rèn)為該區(qū)域存在一個(gè)育種玉米植株，以確定每個(gè)直方圖對(duì)應(yīng)的二值圖像條中所含育種玉米植株數(shù)目，進(jìn)而確定全局育種玉米植株航拍影像中所含育種玉米植株數(shù)目；通過全局育種玉米植株航拍影像范圍內(nèi)播撒種子數(shù)和所述全局育種玉米植株航拍影像中所含育種玉米植株數(shù)目，計(jì)算所述育種玉米植株出苗率。該方法無需人力下田統(tǒng)計(jì)，節(jié)省了人力，通過采用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)全局育種玉米植株航拍影像的處理和計(jì)算，使得計(jì)算效率較高且計(jì)算精度也較高。

附圖說明

圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的玉米出苗率計(jì)算方法流程圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的玉米出苗率計(jì)算裝置示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種玉米出苗率計(jì)算方法，包括：步驟1，對(duì)全局育種玉米植株航拍影像，進(jìn)行超綠特征灰度運(yùn)算得到灰度圖像，并對(duì)所述灰度圖像進(jìn)行二值化處理，得到二值圖像；步驟2，對(duì)所述二值圖像，分別分割出每一壟育種玉米植株，得到對(duì)應(yīng)的二值圖像條，并對(duì)所述二值圖像條分別在單棵育種玉米植株方向上進(jìn)行投影，得到對(duì)應(yīng)的直方圖；步驟3，計(jì)算每個(gè)所述直方圖各投影點(diǎn)的灰度累加值的平均值，并比較所述平均值和所述各投影點(diǎn)的灰度累加值，確定對(duì)應(yīng)的所述二值圖像條中所含育種玉米植株數(shù)目，并根據(jù)所述育種玉米植株數(shù)目，計(jì)算所述全局育種玉米植株航拍影像中所含育種玉米植株數(shù)目；步驟4，根據(jù)所述全局育種玉米植株航拍影像范圍內(nèi)播撒種子數(shù)和所述全局育種玉米植株航拍影像中所含育種玉米植株數(shù)目，計(jì)算所述育種玉米植株出苗率。

在本實(shí)施例中，具體地，步驟1，通過將全局育種玉米植株航拍影像中較綠部分各像素點(diǎn)的rgb值按一定規(guī)則計(jì)算得到灰度值，將全局育種玉米植株航拍影像中其他部分灰度值置0，得到灰度圖像，使得育種玉米植株和背景基本區(qū)別開來。進(jìn)一步，步驟1，根據(jù)所述灰度圖像采用最佳閾值獲取算法，獲取最佳閾值，并根據(jù)該最佳閾值對(duì)所述灰度圖像進(jìn)行二值化處理，將小于最佳閾值的灰度值置0，大于或等于最佳閾值的灰度值置1，得到二值圖像，將育種玉米植株和背景明顯區(qū)分開來，以便于后續(xù)從二值圖像中分割出每一壟育種玉米植株。

在本實(shí)施例中，對(duì)于從二值圖像中分割的任意一個(gè)包含一壟育種玉米植株的二值圖像條，該二值圖像條對(duì)應(yīng)矩陣為w列h行。步驟2，通過將該二值圖像條在單棵育種玉米植株方向上，即對(duì)二值圖像條對(duì)應(yīng)矩陣按列，進(jìn)行投影，得到直方圖。具體地，將投影點(diǎn)處單棵育種玉米植株方向上，背景灰度值和/或育種玉米植株灰度值進(jìn)行疊加，即將二值圖像條對(duì)應(yīng)矩陣列方向上的值相加。具體計(jì)算過程如下：

其中，s(j)為投影點(diǎn)處灰度值累加值，gray(i,j)為二值圖像條上位于(i,j)處的像素點(diǎn)的灰度值，j＝1,2,...,w。由此可知，投影點(diǎn)處單棵育種玉米植株方向上灰度累加值越小，背景占比越大，投影點(diǎn)處單棵育種玉米植株方向上灰度累加值越大，育種玉米植株占比越大。

在本實(shí)施例中，具體地，對(duì)于從二值圖像中分割的每一個(gè)二值圖像條對(duì)應(yīng)的直方圖，步驟3，通過計(jì)算直方圖各投影點(diǎn)處灰度累加值的平均值，并將所述平均值分別與所述各投影點(diǎn)灰度累加值進(jìn)行比較，找到灰度累加值連續(xù)大于平均值的投影區(qū)域，認(rèn)為該區(qū)域存在一個(gè)育種玉米植株，進(jìn)而確定對(duì)應(yīng)的所述二值圖像條中所含育種玉米植株數(shù)目。平均值m計(jì)算公式如下：

進(jìn)一步，將各二值圖像條分別包含的育種玉米植株數(shù)目求和，得到全局育種玉米植株航拍影像中所含育種玉米植株數(shù)目。進(jìn)而后續(xù)可以根據(jù)全局育種玉米植株航拍影像范圍內(nèi)播撒種子數(shù)和所述全局育種玉米植株航拍影像中所含育種玉米植株數(shù)目，計(jì)算所述育種玉米植株出苗率。

本發(fā)明提出的玉米出苗率計(jì)算方法，通過對(duì)全局育種玉米植株航拍影像的處理和計(jì)算得到育種玉米植株出苗率，無需人力下田統(tǒng)計(jì)，節(jié)省了人力，通過采用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)全局育種玉米植株航拍影像的處理和計(jì)算，使得計(jì)算效率較高且計(jì)算精度也較高。

作為一種可選實(shí)施例，在步驟1之前還包括：對(duì)多張育種玉米植株航拍影像利用航拍影像處理系統(tǒng)進(jìn)行拼接，得到所述全局育種玉米植株航拍影像，將所述全局育種玉米植株航拍影像采用顏色空間模型表示為對(duì)應(yīng)的三維矩陣。

在本實(shí)施例中，具體地，育種玉米植株航拍過程中，對(duì)于大面積的田地，由于拍攝相機(jī)的拍攝范圍有限且拍攝圖像清晰度不可過低，需通過拍攝多張育種玉米植株航拍影像方可獲取田間所有育種玉米植株的航拍影像。為了方便后續(xù)處理，需先對(duì)多張育種玉米植株航拍影像進(jìn)行拼接。本實(shí)施例具體采用了li-mapperlite對(duì)多張育種玉米植株航拍影像進(jìn)行拼接，得到全局育種玉米植株航拍影像，并將所述全局育種玉米植株航拍影像采用顏色空間模型表示為對(duì)應(yīng)的三維矩陣，用于后續(xù)處理過程。

作為一種可選實(shí)施例，所述多張育種玉米植株航拍影像為采用攜帶可見光照相機(jī)的無人機(jī)拍攝所得。

在本實(shí)施例中，為節(jié)約航拍成本和提高航拍靈活度，采用無人機(jī)對(duì)田間育種玉米植株進(jìn)行遙感影像的采集。具體地，本實(shí)施例通過在八旋翼無人機(jī)上搭載可見光相機(jī)，進(jìn)行可見光照片拍攝，并控制八旋翼無人機(jī)在田間上方的預(yù)設(shè)垂直高度上按照預(yù)定軌跡飛行，定點(diǎn)拍照，獲取待計(jì)算出苗率的田地內(nèi)育種玉米植株的多張可見光照片，即多張育種玉米植株航拍影像。

作為一種可選實(shí)施例，所述步驟1進(jìn)一步包括：對(duì)所述全局育種玉米植株航拍影像對(duì)應(yīng)的所述三維矩陣，進(jìn)行超綠特征灰度運(yùn)算合并為二維矩陣；其中，所述二維矩陣可表示為灰度圖像。

在本實(shí)施例中，對(duì)所述全局育種玉米植株航拍影像對(duì)應(yīng)的所述三維矩陣，進(jìn)行超綠特征灰度運(yùn)算合并為二維矩陣，具體為：根據(jù)所述全局育種玉米植株航拍影像對(duì)應(yīng)的所述三維矩陣中各像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的rgb值計(jì)算灰度值，得到灰度圖像，使得育種玉米植株和背景基本區(qū)別開來?；叶戎稻唧w計(jì)算公式如下：

其中，f(x,y)為二維矩陣中位于(x,y)處的像素點(diǎn)的灰度值，r、g、b為三維矩陣中位于(x,y)處的像素點(diǎn)的紅、綠、藍(lán)值。

作為一種可選實(shí)施例，所述步驟1進(jìn)一步包括：對(duì)所述二維矩陣，根據(jù)合適的閾值進(jìn)行圖像二值化處理，得到新的二維矩陣；其中，所述新的二維矩陣可表示為二值圖像。

在本實(shí)施例中，具體地，對(duì)所述二維矩陣，選擇合適的閾值方法可以為：取灰度中間值127，取二維矩陣中灰度值平均值，取二維矩陣對(duì)應(yīng)灰度直方圖雙峰之間的峰谷最低值，采用ostu算法獲取閾值等。在本實(shí)施例中，具體采用ostu算法獲取閾值，并將將小于最佳閾值的灰度值置0，大于或等于最佳閾值的灰度值置1，得到新的二維矩陣；其中，所述新的二維矩陣可表示為二值圖像。從而將育種玉米植株和背景明顯區(qū)分開來，以便于后續(xù)從二值圖像中分割出每一壟育種玉米植株。

作為一種可選實(shí)施例，在步驟3中，所述比較所述平均值和所述各投影點(diǎn)的灰度累加值，確定對(duì)應(yīng)的所述二值圖像條中所含育種玉米植株數(shù)目進(jìn)一步包括：計(jì)算直方圖各投影點(diǎn)處灰度累加值的平均值，并將所述平均值分別與所述各投影點(diǎn)灰度累加值進(jìn)行比較，找到灰度累加值連續(xù)大于平均值的投影區(qū)域，根據(jù)所述投影區(qū)域數(shù)目確定所述對(duì)應(yīng)的二值圖像條中所含育種玉米植株數(shù)目。

在本實(shí)施例中，具體地，按照所述直方圖中所述各投影點(diǎn)從左到右的順序，將所述各投影點(diǎn)的灰度累加值s(j)與所述平均值m進(jìn)行比較。對(duì)于三個(gè)相鄰的投影點(diǎn)，左邊投影點(diǎn)的灰度累加值s(j-1)小于所述平均值m，且右邊投影點(diǎn)的灰度累加值s(j+1)大于所述平均值m，即s(j-1)＜m＜s(j+1)，則將中間投影點(diǎn)作為左邊界；對(duì)于三個(gè)相鄰的投影點(diǎn)，左邊投影點(diǎn)的灰度累加值s(j-1)大于所述平均值m，且右邊投影點(diǎn)的灰度累加值s(j+1)小于所述平均值m，即s(j-1)＞m＞s(j+1)，則將中間投影點(diǎn)作為右邊界；對(duì)于兩個(gè)相鄰的邊界，若位置靠左的邊界為左邊界且位置靠右的邊界為右邊界，則確定所述兩個(gè)相鄰的邊界之間存在一棵育種玉米植株，進(jìn)而確定所述對(duì)應(yīng)的二值圖像條中所含育種玉米植株數(shù)目。

作為一種可選實(shí)施例，在步驟4中，所述育種玉米植株出苗率為所述全局育種玉米植株航拍影像中所含育種玉米植株數(shù)目與所述全局育種玉米植株航拍影像范圍內(nèi)播撒種子數(shù)之比。

如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種玉米出苗率計(jì)算裝置，包括：預(yù)處理模塊，對(duì)全局育種玉米植株航拍影像，進(jìn)行超綠特征灰度運(yùn)算得到灰度圖像，并對(duì)所述灰度圖像進(jìn)行二值化處理，得到二值圖像；分割投影模塊，對(duì)所述二值圖像，分別分割出每一壟育種玉米植株，得到對(duì)應(yīng)的二值圖像條，并對(duì)所述二值圖像條分別在單棵育種玉米植株方向上進(jìn)行投影，得到對(duì)應(yīng)的直方圖；比較計(jì)算模塊，計(jì)算每個(gè)所述直方圖各投影點(diǎn)的灰度累加值的平均值，并比較所述平均值和所述各投影點(diǎn)的灰度累加值，確定對(duì)應(yīng)的所述二值圖像條中所含育種玉米植株數(shù)目，并根據(jù)所述育種玉米植株數(shù)目，計(jì)算所述全局育種玉米植株航拍影像中所含育種玉米植株數(shù)目；出苗率計(jì)算模塊，用于根據(jù)全局育種玉米植株航拍影像范圍內(nèi)播撒種子數(shù)和所述全局育種玉米植株航拍影像中所含育種玉米植株數(shù)目，計(jì)算所述育種玉米植株出苗率。

本發(fā)明提出的玉米出苗率計(jì)算裝置，通過預(yù)處理模塊和分割投影模塊，對(duì)全局育種玉米植株航拍影像的超綠特征灰度運(yùn)算、二值化處理、分割和投影，得到多個(gè)便于統(tǒng)計(jì)育種玉米植株數(shù)目的直方圖；通過比較計(jì)算模塊，將每個(gè)直方圖中的灰度累加值和其平均值的比較，找到灰度累加值連續(xù)大于平均值的投影區(qū)域，認(rèn)為該區(qū)域存在一個(gè)育種玉米植株，以確定每個(gè)直方圖對(duì)應(yīng)的二值圖像條中所含育種玉米植株數(shù)目，進(jìn)而確定全局育種玉米植株航拍影像中所含育種玉米植株數(shù)目；通過出苗率計(jì)算模塊，根據(jù)全局育種玉米植株航拍影像范圍內(nèi)播撒種子數(shù)和所述全局育種玉米植株航拍影像中所含育種玉米植株數(shù)目，計(jì)算所述育種玉米植株出苗率。該方法無需人力下田統(tǒng)計(jì)，節(jié)省了人力，通過采用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)全局育種玉米植株航拍影像的處理和計(jì)算，使得計(jì)算效率較高且計(jì)算精度也較高。

最后，本發(fā)明的方法僅為較佳的實(shí)施方案，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。