一种盛开期红花花丝图像二维中心点提取方法与流程

本发明涉及农业收获人领域，适用于红花采摘机器人，特别是红花花丝图像的识别与二维中心点提取。

背景技术：

红花是新疆的主要经济作物之一，红花花丝具有药用、色素提取等功能，但其采摘时间短，主要以开放2-3天为主，加上劳动力短缺，致使浪费严重，经济损失巨大。然而目前市场上出现的红花采收机多为人工背负的简易机械，采收效率低，采净率低，不能满足日益增长的红花产业发展。所以为提高采收效率，降低劳动生产成本，红花智能机械化采收显得刻不容缓。

盛开期的红花花丝呈团簇形状，颜色为橙红色，与绿色茎叶等背景色具有较为明显的差异，虽可根据颜色进行花丝的识别提取，但要想进行二维中心点的定位尚具有一定难度，并且国内外并无相关学者对团簇状物体进行过定位研究，所以急需一种能够精确提取团簇状红花花丝图像的一种方法，实现智能采摘的重要一步。

技术实现要素：

针对现有红花智能采摘技术存在的不足，本发明提供了一种盛开期红花花丝图像二维中心点提取方法，解决红花智能采摘过程中定位不准确的问题。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种盛开期红花花丝图像二维中心点提取方法，其特征在于包含以下步骤：

步骤1：图像采集用数码相机对盛开期（2-3天）红花进行静态拍摄；

步骤2：对采集到的红花图像进行阈值分割，并进行二值化处理；

步骤3：对二值化后的图像进行数学形态学处理；

步骤4：以最大内切圆法对形态学处理后的图像进行区域内画圆，寻得最大内切圆，并求出圆心。

步骤5：对所述步骤6得到的花丝定位后的二值图像进行花丝原有信息填充，观察定位精度。

进一步地，所述步骤1具体为使用数码相机对红花花丝图像进行静态拍摄时，拍摄角度为俯视偏正上方30度，拍摄距离为45cm，并辅以相机支架进行相机固定。

进一步地，所述步骤2具体为在rgb模型下，采用色差法对红花花丝图像进行分割，并用最大类间方差法提取花丝信息，然后进行二值化处理。

进一步地，所述步骤3具体为：

步骤3.1：以半径不同的圆形结构元素对所述步骤2处理后的图像进行形态学开运算；

步骤3.2：将所述步骤3.1处理后的图像和所述步骤2处理后的图像，进行交集处理；

步骤3.3：对所述步骤3.2处理后的图像进行再次形态学膨胀运算，并进行填充。

进一步地，所述步骤4具体为对花丝图像进行边缘提取，设定边缘上的点像素值为1，其他像素值为0；以小于图像尺寸的矩形框对边缘图像进行限定，以框内一点为圆心，采用半径递增的方式进行画圆，当圆上一点为花丝边缘上一点时，画圆停止，并记录此时圆心坐标和半径值；将圆心像素值加1，重复上述过程，并且当圆心坐标值为花丝边缘上一点时，不予画圆；遍历完所述矩形框内的所有像素值后，得出记录的最大半径圆和圆心坐标像素值，进行画圆，此时便为花丝图像的最大内切圆。

本发明的最大有益效果是在前人没有研究的基础上，率先提出了一种识别和定位盛开期红花花丝图像的方法，特别是花丝图像的二维中心点定位，为当前红花智能机械化采收提供前提条件和基础。

附图说明

图1为红花花丝原图。

图2为红花花丝二值图。

图3为花丝图像开运算效果图。

图4为花丝图像开与运算效果图。

图5为花丝图像二次膨胀效果图。

图6为花丝图像提取最大内切圆效果图。

图7为花丝图像二维中心点提取最终效果图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，本发明的保护范围并不限于此。

本发明实施例以数码相机采集到的单朵红花为研究对象，具体方案如下：

步骤1：使用数码相机对盛开期（2-3天）红花进行静态拍摄，如图1所示，获取花丝图像，拍摄角度为俯视偏正上方30度，拍摄距离为45cm，拍摄期间辅以相机支架进行相机固定。

步骤2：对采集到的红花图像运用matlab图像处理软件进行处理，在rgb模型下，采用r-b色差法对红花花丝图像进行分割，并用最大类间方差法提取花丝信息，然后进行二值化处理，如图2所示。

步骤3：对所述步骤2处理的图像以圆形半径结构元素进行形态学开运算，消除花丝外围细条状突刺，使图像规则化，如图3所示。

步骤4：经所述步骤3处理后的图像必然会造成花丝信息的缺失或增加，降低了其真实性，并且仍存在棱角突出，图像不平滑等现象，所以将所述步骤2处理得到的花丝图像与所述步骤3得到的图像进行取交集运算，这样既可以保留花丝的真实像素信息，又可以消除增加的像素值，保留了花丝图像的核心区域。

步骤5：对所述步骤4处理后的图像再一次进行小圆形半径结构元素的膨胀运算，目的是消除细小突刺和棱角，使图像达到一种最接近圆形的状态，如图5所示，为后续的中心点定位提供条件。

步骤6：对所述步骤5处理后的花丝图像进行边缘提取，设定边缘上的点像素值为1，其他像素值为0；以小于图像尺寸的矩形框对边缘图像进行限定，以框内一点为圆心，采用半径递增的方式进行画圆，当圆上一点为花丝边缘上一点时，画圆停止，并记录此时圆心坐标和半径值；将圆心像素值加1，重复上述过程，并且当圆心坐标值为花丝边缘上一点时，不予画圆；遍历完所述矩形框内的所有像素值后，得出记录的最大半径圆和圆心坐标像素值，进行画圆，此时便为花丝图像的最大内切圆，如图6所示。

步骤7：对所述步骤6得到的花丝定位后的二值图像进行花丝原有信息填充，观察定位精度。

上述实施例仅为本发明的较佳的实例而已，并非是对本发明实施方式的限定，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明提供了一种盛开期红花花丝图像二维中心点提取方法。将采集到的盛开期红花花丝图像，运用色差法和最大类间方差法进行图像分割后，用数学形态学中的开运算、与运算和膨胀运算相结合的方式对花丝二值图像进行处理，最后运用一种最大内切元=圆法在其内部循环画圆，直至找到图像轮廓的最大内切圆，求得圆点和半径。本发明的有益效果是可以根据盛开期花丝团簇状特征，最大限度保留花丝原有信息的基础上进行二维中心点的提取，提高准确度，为红花采摘机器人的三维定位和智能采摘提供理论基础。

技术研发人员：张立新;张天勇;葛云;夏博;胡雪;王欢;朱海燕;刘光欣;张晓伟;张降宇
受保护的技术使用者：石河子大学
技术研发日：2018.05.29
技术公布日：2018.10.19