基于多特征融合的树干快速分割算法

针对传统的树干分割算法存在分割精度低、实时性差的问题,提出了一种融合深度特征和纹理特征的树干快速分割算法。首先,通过Realsense深度摄像头采集树干彩色图像和深度图像;随后,采用超像素算法对彩色图像进行分割,并融合深度和纹理相近的相邻超像素块,最后对深度图像进行宽度检测,并对宽度在阈值范围内的物体所属的超像素块进行色调匹配,区分树干与非树干。在室内和室外植株实验中分别运用本文算法、GrabCut算法与K-均值算法进行树干分割,本文算法的平均召回率和平均准确率分别为87. 6%和95. 0%,GrabCut算法分别为78. 0%和92. 8%,K-均值算法分别为80. 2%和89. 1%;本文算法平均耗时为0. 20 s,GrabCut算法为0. 66 s,K-均值算法为4. 42 s。实验结果表明,本文算法的快速分割效果较好,在保证分割精度的同时,简化了识别过程,加快了分割速度,能够应用于室内和室外树干的分割。     

基于GrabCut算法的玉米病害图像识别方法研究

GrabCut算法是一种交互式操作少、分割精度高的图像分割方法,但是对于前背景颜色相近或低对比度的区域时难以准确分割前景区域。鉴于此,在实现GrabCut算法的自动分割的基础上,融合基于显著性的SLIC算法来对玉米病害图像进行更好的目标识别和图像分割。以玉米小斑病、大斑病和灰斑病三种病害的图像作为样本,采用融合显著信息的GrabCut算法与相同样本数量和条件下的One-Cut算法和SLIC算法进行试验和对比分析。试验表明,同其他两种算法相比,本文算法对于试验中玉米的三种病害具有更好的分割精度,对于玉米的叶鞘、茎和叶片部分的图像丢失率能够保持在1%以下,分别为0.899%、0.229%和0.914%,对于玉米病害部分能够进行有效地提取,具有较好的分割效果,对于玉米小斑病、大斑病和灰斑病的识别率上能够达到91.67%、86.36%和72.00%,同时通过训练模式进行验证,识别率分别能够达到87.2%、82.4%和83.6%,拒识率分别为4.5%、6.7%和6.3%。     

基于显著性检测的黄瓜叶部病害图像分割算法

针对复杂背景下黄瓜叶部病害分割精度不高的问题,提出了一种基于显著性检测的黄瓜叶部病害图像分割算法。首先利用超像素将黄瓜图像分块,获取黄瓜叶片的边缘,并提出了一种超像素间权重计算方法和显著种子选取方法;然后通过流形排序计算显著图,对得到的显著图进行阈值分割,得到二值图像;再将二值图像与原图像进行掩码运算,得到黄瓜病害叶片;最后利用超绿特征和数学形态学对病害叶片进行分割得到病斑。对常见的黄瓜病害(白粉病、褐斑病、霜霉病、炭疽病)图像进行测试,结果表明该算法与Otsu算法和k-means算法相比,有效解决了冗余分割问题,错分率均在5%以内,算法平均执行时间均小于4 000 ms,分割效果更加精确,为后续构建黄瓜病害自动识别系统奠定了基础。     

基于融合显著图与GrabCut算法的水下海参图像分割

为实现海参捕捞和海参疾病诊断的自动化,应先解决真实养殖环境下海参的图像目标分割问题。为此提出一种融合显著图模型和GrabCut算法的水下海参图像分割方法。该方法改进了传统的GrabCut算法,通过对单尺度Retinex算法分析,对水下图像进行增强,结合基于区域对比度的显著性区域检测方法和直方图均衡的方法,得到海参区域图像的部分前景和可能的背景,并以此初始化GrabCut算法的掩膜,最后进行GrabCut算法迭代,得到图像目标分割结果。通过与Otsu法、分水岭法、传统GrabCut算法对比分析表明：所提方法能够准确分割出图像中海参目标,并能克服背景噪声,保留目标图像细节,算法正确分割率达到90.13%,满足海参图像目标分割的 需要。     

基于PSO与K-均值算法的农业超绿图像分割方法

为了解决K-均值算法对农业图像中常用的超绿特征2G-R-B图像分割效果不佳的缺点,提出一种基于微粒群与K-均值算法的图像分割方法.先用K-均值算法对图像进行快速分类,然后将分类结果作为其中一个微粒的结果,利用微粒群算法计算,最后用K-均值算法在新的分类基础上计算新的聚类中心,更新当前的位置.以得到最优的图像分割闽值.试验结果表明,改进算法对超绿特征2G-R-B图像能够准确分割目标,且对不同类型的农业超绿图像具有较好的适应性.     

基于PSO与K-均值算法的农业超绿图像分割方

为了解决K-均值算法对农业图像中常用的超绿特征2G—R—B图像分割效果不佳的缺点，提出一种基于微粒群与K均值算法的图像分割方法。先用K均值算法对图像进行快速分类，然后将分类结果作为其中一个微粒的结果，利用微粒群算法计算，最后用K-均值算法在新的分类基础上计算新的聚类中心，更新当前的位置，以得到最优的图像分割阈值。试验结果表明，改进算法对超绿特征2G—R—B图像能够准确分割目标，且对不同类型的农业超绿图像具有较好的适应性。     

高精度视觉感应技术在水肥一体机中的应用

以农田水肥智能化管理为研究对象,构建了一种高精度视觉感应式水肥一体机。采用高精度视觉感应技术获取作物生长状态参数图像,基于超像素图像分割技术,对复杂的作物生长状态图像特征向量进行提取,采用模糊聚类算法对图像进行分割处理,根据目标图像的像素值统计结果进行生长状态预测,并结合环境参数信息,构建灌溉过程土壤电导率EC和pH预测模型。测试结果表明：水肥一体机控制系统能够有效预测作物对水肥需求,提高了灌溉过程混肥精度,可节约灌溉用水量、提升生产效率、降低人工成本。     

基于改进K-means图像分割算法的细叶作物覆盖度提取

植被覆盖度是重要的农学指标,图像法作为一种方便、快捷、准确度较高的地面测量方法,在该领域得到了广泛应用。图像背景分割是获取植被覆盖度最关键的步骤,已有分割算法的分割对象局限于大叶植物或者长势较为稀疏的作物,针对细叶作物的研究较少,或者未根据分割结果得出更有价值的规律。本文以小麦为例,提出了基于HSV空间的自适应果蝇均值聚类算法(IFOA-K-means),用来分割图像背景,以此作为获取覆盖度变化的理论基础。采用小波分析按比例去噪算法单独对亮度分量去噪,主体分割算法采用自适应步长果蝇算法(IFOA)改进的Kmeans算法对小麦图像进行背景分割,综合了自适应果蝇算法的全局最优和K-means算法的局部最优特点,使分割效果达到最优。其分割效果优于基于遗传算法的最大类间方差分割法,较好地去除了滴灌带等较明显干扰因素,与传统的K-means算法相比,运行时间和峰值信噪比指标都较优,小麦覆盖度准确率在90%以上,与作物系数之间的决定系数为0. 953 1。     

基于双通道阈值分割和CNN的田间绿芦笋视觉识别

为解决田间自然光照条件下绿芦笋自主采收中的作物识别问题,提出了一种将图像预处理与CNN算法相结合的方法。对于获取的原始图像,首先在Lab和YUV颜色空间下的a通道和U通道进行OTSU阈值分割,之后合并分割图并进行去噪处理,简化突出图像特征,再根据预处理后图像特点,优化改进LeNet网络结构,构建CNN模型对预处理后图像进行识别,提取目标作物绿芦笋。试验结果表明:本方法可实现田间自然光照条件下绿芦笋的有效识别,识别准确率为89.39%,可为后续绿芦笋自主采收设备的研究奠定基础。     

基于卷积神经网络的生菜多光谱图像分割与配准

针对多光谱图像中由于多镜头多光谱相机各通道之间存在的偏差以及传统分割方法的不适用,图像分析处理过程往往会出现无法自动化分割或分割精度较低的问题,提出采用基于相位相关算法和基于UNet的语义分割模型对田间生菜多光谱图像进行各个通道的精确配准并实现前景分割。使用Canny算法对多光谱各通道图像进行边缘提取,进而使用相位相关算法对多光谱各通道图像进行配准,单幅图像平均处理时间0.92s,配准精度达到99%,满足后续图像分割所需精度;以VGG16作为主干特征提取网络,直接采用两倍上采样,使最终输出图像和输入图像高宽相等,构建优化的UNet模型。实验结果表明：本文所提出的图像配准和图像分割网络,分割像素准确率达到99.19%,平均IoU可以达到94.98%,能够很好地对生菜多光谱图像进行前景分割,可以为后续研究作物精准表型的光谱分析提供参考。     

基于改进PCNN的番茄植株夜间图像分割算法

为实现番茄植株夜间图像分割,设计了一种基于最大类间方差法的改进脉冲耦合神经网络(PCNN)图像分割算法。该算法对传统PCNN模型中的链接输入项进行加权处理,在进行图像分割前,先基于最大类间方差(Otsu)算法获得阈值,再将该阈值赋值给改进PCNN模型中的链接输入项权值、突触链接系数β、链接权放大系数VE和阈值迭代衰减时间常数αE。对849幅番茄植株夜间图像进行试验,结果表明,图像分割正确率平均值为90. 43%,平均每幅图像分割时间为0. 994 4 s;输入链接项的加权处理可减少PCNN的迭代次数,提高算法的实时性;基于Otsu算法可实现改进PCNN模型的网络参数自适应设置。基于视觉效果、最大熵及分割正确率这3项评价指标的对比分析显示,改进PCNN模型的分割效果优于Otsu算法和传统PCNN模型,实时性优于传统PCNN模型。     

非垂直拍摄获取细叶作物覆盖度优化算法研究

【目的】探究非垂直拍摄获取细叶作物覆盖度优化算法以及非垂直拍摄对作物覆盖度计算结果的影响。【方法】在北京市小汤山基地草业研究中心露天环境下,以青绿薹草、结缕草为试验对象,获取45°、60°、90°(与地面夹角)3种拍摄角度下的图像,采用基于自适应权重粒子群改进K-means的图像分割方法,分析不同拍摄角度对青绿薹草覆盖度测量精度的影响,研究非垂直拍摄与垂直角度下覆盖度的关系曲线。首先将草RGB图像转化成HSV颜色空间,在HSV颜色空间利用自适应权重PSO算法向全局像素解的子空间搜寻,通过迭代搜寻到全局最优解,确定最佳初始聚类中心;其次利用K-means算法对不同角度图像像素进行聚类划分,从而得到草冠层区域分割结果,最后采用形态学滤波方法对分割结果进行优化。【结果】垂直拍摄时,传统K-means算法计算的2个品种的覆盖度总体相对误差分别为32.89%和34.37%,而本文算法下2个品种总体相对误差分别为11.23%和15.85%。相比于K-means算法,本文算法环境适应性好,算法精度高。非垂直拍摄条件下,本文算法能够克服多角度拍摄导致图像色彩分布不均匀的问题,有效分割出草冠层区域,90°覆盖度估测值与真实值平均误差为3.27%,60°二者平均误差为4.61%,45°平均误差为5.70%,随着拍摄角度的减小,平均误差略有增大,但均小于6%。非垂直角度下计算的覆盖度与垂直角度覆盖度呈显著地线性关系。【结论】采用本文方法可以提高非垂直拍摄获取作物覆盖度的精度。     

叶面雾滴沉积分布直接检测算法研究

提出一种基于阈值边缘提取算法和HSV颜色模型的二次分割叶片雾滴图像识别算法。通过模拟喷雾试验得到三种不同雾滴密度的叶片样本,保留叶片自身轮廓信息的同时分割叶面雾滴,计算叶面积与雾滴覆盖率关系。结果表明应用Otsu阈值边缘提取与HSV空间混合算法相对于传统的k-means聚类分割算法、动态阈值分割算法,更适用于叶面雾滴分布的识别与检测,三种覆盖密度叶片的分割准确率分别为:95.16%、94.23%、93.76%,平均准确率为94.38%;雾滴覆盖率检测相对误差分别为:2.82%、4.11%、7.59%,平均相对误差分别为4.84%。基于阈值边缘提取与HSV空间提取的混合算法可分割叶面雾滴图像并检测完整叶面上雾滴覆盖率,识别结果能够满足识别精度的要求。     

基于Lab颜色空间的非监督GMM水稻无人机图像分割

为解决传统水稻冠层图像分割算法性能在很大程度上依赖于训练数据集的质量,且分割效果易受田间多变光照强度影响,导致水稻生产参数估计精度不高等问题,提出一种基于Lab颜色空间的非监督贝叶斯方法,用于田间水稻无人机图像分割。模型参数从每个独立、未标记的无人机图像直接学习获得,无需训练。不同图像会有不同的模型参数,该算法能够适应各种不同环境拍摄的图像。将提出的算法应用于分蘖后期田间水稻的无人机图像分割,并与RGB-GMM、HSV-GMM和All-GMM算法进行对比,在高度10 m图像中平均查全率、平均查准率和平均F1值分别为0.8427、0.7570和0.7948,在高度15 m图像中分别为0.8756、0.7133和0.7788,优于RGB-GMM、HSV-GMM和All-GMM算法。研究表明,本文提出的方法可以从复杂大田环境拍摄的无人机影像中准确提取水稻像素。     

基于改进红绿色差和Otsu的葡萄果穗图像分割

为提高田间复杂环境下传统图像分割法分割葡萄果穗图像准确度低的问题，提出一种基于改进红绿色差和Otsu算法的田间葡萄果穗图像分割方法。选取与人类视觉相近的RGB颜色空间，提取并分析R、G特征图的直方图，经分析对其点乘特征图并进行Otsu运算，再经过形态学处理，实现对田间环境下葡萄果穗图像的分割。与灰度图、（R-G）特征图和（R-G）/（R+G）特征图分别采用最大阈值分割法（Otsu）分割的结果进行对比，试验结果表明，红绿色差点乘Otsu分割法的分割结果最优，准确率为92.37%，F1值90.13%。对50幅图像做了测试，其中图像准确率最高为97%，准确率最低为79%，其平均准确率为88.75%。所提出的方法能够实现葡萄果穗较完整的分割，并可为葡萄果穗的识别、定位提供研究基础。     

基于并行点火PCNN的玉米病害彩色图像分割方法

以提高玉米叶部病害检测精度为目标,提出一种基于并行PCNN的玉米病害彩色图像非监督分割方法.该方法是在CIE LUV颜色空间中以归一化的L+U特征值为外部激励输入,以邻域像素间几何距离与色度差的综合信息为PCNN耦合连接域权值,以颜色矢量的最小色差对比度为最佳分割结果判别准则,用改进型并行PCNN对玉米病害彩色图像进行分割.对4种病害100幅图像的分割实验表明,该方法分割效果较好,适应度较高,参数设置复杂度低.     

基于全卷积神经网络的植物叶片自动分割及表型解析

为提高植物叶片图像中形态参数提取的效率和准确率,以全卷积神经网络为基础,对模型构架和关键函数进行优化,通过有监督的学习方法实现植物叶片图像分割效果。模型在测试集上的平均召回率r为0.95,MIoU为0.94。在分割结果中提取植物叶片的形态学参数与人工提取结果高度相关,r~2>0.96。该研究实现了植物叶片图像高通量地分割,并且在分割结果中提取的植物叶片形态参数可以用于作物长势监测等相关研究。