基于形態(tài)學(xué)操作的田間曲線導(dǎo)航線提取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)信息領(lǐng)域，具體地，涉及一種基于形態(tài)學(xué)操作的田間曲線導(dǎo)航線提取方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，利用機(jī)器視覺(jué)進(jìn)行田間作業(yè)農(nóng)業(yè)機(jī)具的自動(dòng)導(dǎo)航逐漸成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向，而導(dǎo)航線的自動(dòng)提取成為相關(guān)設(shè)備開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)。在已有的導(dǎo)航線提取技術(shù)中，導(dǎo)航線提取一般分為三個(gè)步驟:一是圖像分割，二是提取特征點(diǎn)，三是導(dǎo)航線擬合。
[0003]現(xiàn)有導(dǎo)航線提取方法中，針對(duì)田間曲線導(dǎo)航線的提取方法較少，多是提取直線導(dǎo)航線。而在曲線導(dǎo)航線提取中，由于預(yù)期行進(jìn)道路為曲線形式，導(dǎo)航線提取受圖像中各部分特征點(diǎn)的影響較大。在直線導(dǎo)航線提取中，若是一兩個(gè)特征點(diǎn)出現(xiàn)誤差，可以通過(guò)導(dǎo)航線上大量的特征點(diǎn)進(jìn)行修正，而在曲線導(dǎo)航線提取中這是很困難的。針對(duì)這一問(wèn)題，有部分研宄在導(dǎo)航線擬合環(huán)節(jié)引入了較高次的曲線進(jìn)行擬合一定程度的減少了誤差，但是并沒(méi)有從根本上解決特征點(diǎn)提取誤差的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于，針對(duì)上述問(wèn)題，提出一種基于形態(tài)學(xué)操作的田間曲線導(dǎo)航線提取方法，以實(shí)現(xiàn)減少由于特征點(diǎn)提取產(chǎn)生的曲線導(dǎo)航線提取誤差的優(yōu)點(diǎn)。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種基于形態(tài)學(xué)操作的田間曲線導(dǎo)航線提取方法，包括以下步驟:
步驟1、圖像分割，通過(guò)超綠特征和閾值分割的方法將田間原始圖像分割為作物和背景兩部分；
步驟2、對(duì)上述步驟I得到的圖像通過(guò)開(kāi)操作去除田壟內(nèi)作物間道路外的噪音；
步驟3、對(duì)上述步驟2處理后的圖像通過(guò)細(xì)化操作得到導(dǎo)航道路的骨架；
步驟4、以上述步驟3得到導(dǎo)航道路的骨架圖像中所有點(diǎn)為特征點(diǎn)；
步驟5、以上述步驟4中的特征點(diǎn)為依據(jù)擬合曲線。
[0006]優(yōu)選的，上述步驟I具體包括以下步驟:
步驟101、對(duì)獲取的田間導(dǎo)航圖像，以每個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的R、G、B三個(gè)值進(jìn)行計(jì)算，然后對(duì)計(jì)算后的結(jié)果進(jìn)行歸一化得到灰度圖像；
步驟102、畫(huà)出上述步驟101得到的灰度圖像的直方圖，采用ostu法確定閾值；
步驟103、依據(jù)上述步驟102確定的閥值采用閾值分割的方法獲得二值圖像。
[0007]優(yōu)選的，上述步驟2具體包括以下步驟:
步驟201、根據(jù)田壟間作物生長(zhǎng)時(shí)期選取結(jié)構(gòu)元素的大小；
步驟202、依據(jù)上述步驟201選取的結(jié)構(gòu)元素大小對(duì)二值圖像進(jìn)行開(kāi)操作。
[0008]優(yōu)選的，上述步驟3具體包括以下步驟:
步驟301、對(duì)開(kāi)操作后的二值圖像進(jìn)行細(xì)化，即將圖像中白色區(qū)域邊緣像素點(diǎn)變?yōu)楹谏?br> 步驟302、一直重復(fù)步驟301的操作直到所有剩余的白色像素點(diǎn)都是邊緣點(diǎn)。
[0009]優(yōu)選的，上述步驟4具體包括以下步驟:
步驟401、提取細(xì)化后圖像中每個(gè)白色像素點(diǎn)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)；
步驟402、將提取的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)對(duì)作為特征。
[0010]優(yōu)選的，上述步驟4具體包括以下步驟:
步驟501、以特征點(diǎn)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)分別為輸入和輸出；
步驟502、用最小二乘法擬合曲線；
步驟503、擬合曲線的次數(shù)為根據(jù)擬行進(jìn)道路的情況確定的一個(gè)固定值。
[0011]本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下有益效果:
本發(fā)明的技術(shù)方案，在圖像分割后，針對(duì)曲線導(dǎo)航線受當(dāng)個(gè)特征點(diǎn)位置誤差影響較大的情況，通過(guò)開(kāi)操作去除田壟內(nèi)作物間非綠色區(qū)域所造成的噪音，使得開(kāi)操作后的圖像基本能夠?qū)?yīng)擬提取導(dǎo)航線所對(duì)應(yīng)的預(yù)期道路的區(qū)域。特征提取中，不采用傳統(tǒng)的每行取像素點(diǎn)中點(diǎn)的方法，而是提出通過(guò)細(xì)化操作得到導(dǎo)航道路的骨架，并以骨架中的像素點(diǎn)作為特征點(diǎn)進(jìn)行曲線導(dǎo)航線的擬合。達(dá)到減少由于特征點(diǎn)提取產(chǎn)生的曲線導(dǎo)航線提取誤差的目的。
[0012]下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明實(shí)施例所述的原始田間圖像示意圖；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例所述的分割后的圖像的示意圖；
圖3為本發(fā)明實(shí)施例所述的開(kāi)操作處理后圖像示意圖；
圖4為本發(fā)明實(shí)施例所述的開(kāi)細(xì)化處理后圖像的示意圖；
圖5為本發(fā)明實(shí)施例所述的擬合曲線導(dǎo)航線后的示意圖；
圖6為本發(fā)明實(shí)施例所述的基于形態(tài)學(xué)操作的田間曲線導(dǎo)航線提取方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0015]如圖6所示，一種基于形態(tài)學(xué)操作的田間曲線導(dǎo)航線提取方法，
具體的實(shí)施過(guò)程如下:
1、圖像分割，通過(guò)超綠特征(2G-R-B)和閾值分割的方法將田間原始圖像分割為作物和背景兩部分。
[0016]1.1、對(duì)獲取的田間導(dǎo)航圖像，以每個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的R、G、B三個(gè)值按(2G-R-B)的公式進(jìn)行計(jì)算，然后對(duì)計(jì)算后的結(jié)果進(jìn)行歸一化得到灰度圖像；
1.2、畫(huà)灰度圖像的直方圖，采用ostu法確定閾值；
1.3、采用閾值分割的方法獲得二值圖像。
[0017]2、通過(guò)開(kāi)操作去除田壟內(nèi)作物間道路外的噪音。
[0018]2.1、根據(jù)田壟間作物生長(zhǎng)時(shí)期選取結(jié)構(gòu)元素的大?。? 2.2、對(duì)二值圖像進(jìn)行開(kāi)操作。
[0019]3、通過(guò)細(xì)化操作得到導(dǎo)航道路的骨架。
[0020]3.1對(duì)開(kāi)操作后的二值圖像進(jìn)行細(xì)化，即將圖像中白色區(qū)域邊緣像素點(diǎn)變?yōu)楹谏?br> 3.2 一直重復(fù)3.1的操作直到所有剩余的白色像素點(diǎn)都是邊緣點(diǎn)。
[0021]4、以骨架圖像中所有點(diǎn)為特征點(diǎn)。
[0022]4.1提取細(xì)化后圖像中每個(gè)白色像素點(diǎn)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)；
4.2將提取的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)對(duì)作為特征。
[0023]5、擬合曲線。
[0024]5.1以特征點(diǎn)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)分別為輸入和輸出；
5.2用最小二乘法擬合曲線；
5.3擬合曲線的次數(shù)根據(jù)擬行進(jìn)道路的大體情況確定的一個(gè)固定值。
[0025]一是圖像分割，通過(guò)超綠特征(2G-R-B)和閾值分割的方法將田間原始圖像分割為作物和背景兩部分，原始田間圖如圖1所示，分割結(jié)果如圖2所示；二是通過(guò)開(kāi)操作去除田壟內(nèi)作物間道路外的噪音，分割結(jié)果如圖2開(kāi)操作處理后的結(jié)果如圖3所示；三是通過(guò)細(xì)化操作得到導(dǎo)航道路的骨架，開(kāi)操作結(jié)果圖3開(kāi)細(xì)化處理后的結(jié)果如圖4所示；四是以骨架圖像中所有點(diǎn)為特征點(diǎn)；五是以特征點(diǎn)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)分別為輸入和輸出，用最小二乘法擬合曲線，細(xì)化操作結(jié)果圖4擬合曲線導(dǎo)航線后的結(jié)果如圖5所示。
[0026]綜上所述，本發(fā)明具有以下特點(diǎn):
本發(fā)明技術(shù)方案解決了個(gè)別特征點(diǎn)提取誤差對(duì)導(dǎo)航線提取誤差的影響。通過(guò)引入形態(tài)學(xué)操作，從整體上完成對(duì)導(dǎo)航線對(duì)應(yīng)道路區(qū)域的優(yōu)化。而在實(shí)際田間作業(yè)中，曲線導(dǎo)航線的情況較為常見(jiàn)，本發(fā)明技術(shù)方案提出的新方法具有更強(qiáng)實(shí)用性。另一方面，考慮到田間作業(yè)由于路況復(fù)雜，農(nóng)業(yè)作業(yè)機(jī)具行駛過(guò)程可能由于顛簸出現(xiàn)方向偏移，從而造成在實(shí)際行進(jìn)中以曲線形式行進(jìn)的事實(shí)，這也使得本專利提出的針對(duì)田間曲線導(dǎo)航線的提取方法更具有實(shí)用性。
[0027]最后應(yīng)說(shuō)明的是:以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。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)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于形態(tài)學(xué)操作的田間曲線導(dǎo)航線提取方法，其特征在于，包括以下步驟:步驟1、圖像分割，通過(guò)超綠特征和閾值分割的方法將田間原始圖像分割為作物和背景兩部分； 步驟2、對(duì)上述步驟I得到的圖像通過(guò)開(kāi)操作去除田壟內(nèi)作物間道路外的噪音； 步驟3、對(duì)上述步驟2處理后的圖像通過(guò)細(xì)化操作得到導(dǎo)航道路的骨架； 步驟4、以上述步驟3得到導(dǎo)航道路的骨架圖像中所有點(diǎn)為特征點(diǎn)； 步驟5、以上述步驟4中的特征點(diǎn)為依據(jù)擬合曲線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于形態(tài)學(xué)操作的田間曲線導(dǎo)航線提取方法，其特征在于，上述步驟I具體包括以下步驟: 步驟101、對(duì)獲取的田間導(dǎo)航圖像，以每個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的R、G、B三個(gè)值進(jìn)行計(jì)算，然后對(duì)計(jì)算后的結(jié)果進(jìn)行歸一化得到灰度圖像； 步驟102、畫(huà)出上述步驟101得到的灰度圖像的直方圖，采用ostu法確定閾值； 步驟103、依據(jù)上述步驟102確定的閥值采用閾值分割的方法獲得二值圖像。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于形態(tài)學(xué)操作的田間曲線導(dǎo)航線提取方法，其特征在于，上述步驟2具體包括以下步驟: 步驟201、根據(jù)田壟間作物生長(zhǎng)時(shí)期選取結(jié)構(gòu)元素的大??； 步驟202、依據(jù)上述步驟201選取的結(jié)構(gòu)元素大小對(duì)二值圖像進(jìn)行開(kāi)操作。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于形態(tài)學(xué)操作的田間曲線導(dǎo)航線提取方法，其特征在于，上述步驟3具體包括以下步驟:步驟301、對(duì)開(kāi)操作后的二值圖像進(jìn)行細(xì)化，即將圖像中白色區(qū)域邊緣像素點(diǎn)變?yōu)楹谏? 步驟302、一直重復(fù)步驟301的操作直到所有剩余的白色像素點(diǎn)都是邊緣點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于形態(tài)學(xué)操作的田間曲線導(dǎo)航線提取方法，其特征在于，上述步驟4具體包括以下步驟: 步驟401、提取細(xì)化后圖像中每個(gè)白色像素點(diǎn)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)； 步驟402、將提取的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)對(duì)作為特征。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于形態(tài)學(xué)操作的田間曲線導(dǎo)航線提取方法，其特征在于，上述步驟4具體包括以下步驟: 步驟501、以特征點(diǎn)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)分別為輸入和輸出； 步驟502、用最小二乘法擬合曲線； 步驟503、擬合曲線的次數(shù)為根據(jù)擬行進(jìn)道路的情況確定的一個(gè)固定值。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于形態(tài)學(xué)操作的田間曲線導(dǎo)航線提取方法，包括以下步驟：圖像分割，通過(guò)超綠特征和閾值分割的方法將田間原始圖像分割為作物和背景兩部分；通過(guò)開(kāi)操作去除田壟內(nèi)作物間道路外的噪音；通過(guò)細(xì)化操作得到導(dǎo)航道路的骨架；得到導(dǎo)航道路的骨架圖像中所有點(diǎn)為特征點(diǎn)；擬合曲線。達(dá)到減少由于特征點(diǎn)提取產(chǎn)生的曲線導(dǎo)航線提取誤差的目的。
【IPC分類】G06T5-40, G06K9-46, G06T7-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104616014
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410767147
【發(fā)明人】胡波, 覃永新, 馬兆敏
【申請(qǐng)人】廣西科技大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2014年12月15日