農作物冠層整齊度的自動測量方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發明提供了一種農作物冠層整齊度的自動測量方法及裝置，涉及農業信息【技術領域】。該方法包括以下步驟：S1、獲取農作物冠層圖像；S2、利用雙目圖像重建技術計算所述農作物冠層圖像的三維點云數據；S3、從所述三維點云數據中分離出農作物的行向點云數據；S4、依據所述行向點云數據，計算農作物冠層整齊度的基礎數據；S5、依據所述基礎數據計算農作物冠層整齊度指標。本發明解決了連續、自動的獲取農作物冠層整齊度指標的問題，能夠自動、連續、無損的對農作物冠層整齊度進行測量，該方法相較于以往方法，需要較少的人力投入，自動化程度高，測量結果能夠綜合反應農作物冠層整齊度，測量結果不受人為誤差和測量人員經驗的影響。
【專利說明】農作物冠層整齊度的自動測量方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及農業信息【技術領域】，具體涉及一種農作物冠層整齊度的自動測量方法及裝置。
【背景技術】
[0002]玉米冠層整齊度包含兩個方面，其一是植株在田間分布的均勻程度，第二是植株個體間性狀的差異大小。調查玉米冠層整齊度具有一定的現實和理論意義。從現實觀點來看，植株在田間分布不均時，一部分植株可得到充足的光照、養分等，而另一部分植株則缺乏這些條件，從而影響植株生產潛力的充分發揮。農業生產上一向從選種、整地、播種、田間管理等各個方面來盡可能地保證田間作物的分布和生長均勻，究竟整齊度要達到怎樣的過程才不致影響產量而又節省勞力和成本，就成為一個現實問題。從理論上來說，植株本身具有適應外界條件并根據外界條件來調節其生長發育的能力，它的分蘗、分支習性、向光性、向化性等都是它的調節手段。這種調節的作用有多大，規律如何，如何加以利用，是很值得研究的。
[0003]長久以來調查玉米植株冠層分布整齊度的方法主要依靠人工肉眼判斷，即通過人工肉眼觀察冠層分布，根據人的經驗性判斷給出冠層整齊度評價。或者人工測量一個、幾個能夠反映玉米植株冠層整齊度的指標，如冠層中株高的整齊度，人工測量一定范圍內的植株高度，取該范圍內株高值的變異系數的倒數衡量冠層整齊度。
[0004]玉米冠層整齊度的人工測量方法需要耗費大量人力，不易大規模開展，并且人工測量方式依賴于測量人員的操作熟練程度，經驗性強，很難去除測量結果中的人為誤差。
【發明內容】
[0005](一)解決的技術問題
[0006]針對現有技術的不足，本發明提供一種農作物冠層整齊度的自動測量方法及裝置，解決了自動的獲取農作物冠層整齊度指標的問題。
[0007](二)技術方案
[0008]為實現以上目的，本發明通過以下技術方案予以實現:
[0009]一種農作物冠層整齊度的自動測量方法，包括以下步驟:
[0010]S1、獲取農作物冠層圖像；
[0011]S2、利用雙目圖像重建技術計算所述農作物冠層圖像的三維點云數據；
[0012]S3、從所述三維點云數據中分離出農作物的行向點云數據；
[0013]S4、依據所述行向點云數據，計算農作物冠層整齊度的基礎數據；
[0014]S5、依據所述基礎數據計算農作物冠層整齊度指標。
[0015]優選的，步驟S3中包含步驟:
[0016]S31、依據所述農作物冠層圖像的像素點的灰度值，從所述農作物冠層圖像的像素點中分離出行向像素點；[0017]S32、遍歷所述行向像素點，以預訂閾值對圖像二值化，得到二值圖像；
[0018]S33、對所述二值圖像進行濾波去噪，去除孤島像素，填充中間孔洞的操作后；與二值圖像中白色像素對應的三維點云既是農作物行向點云數據。
[0019]優選的，步驟S4中包含步驟:
[0020]S41、將所述行向像素點使用最小二乘法，擬合出一條行向直線；
[0021]S42、將所述行向直線映射到所述三維點云數據中，以所述行向直線為中心軸，以預設半徑的圓柱體內的冠層點云數據做為計算農作物冠層整齊度的基礎數據。
[0022]優選的，步驟S5中包含:
[0023]S51、計算所述基礎數據所包含空間點集的最小外包長方體；
[0024]S52、將所述最小外包長方體等分為2n個等分長方體，遍歷每一等分長方體，對包含在每一等分長方體中的點云數據進行平面擬合，獲得平面集合；
[0025]S53、計算所述平面集合中的平面與該平面的上下、前后、左右相鄰的平面所形成的夾角α，以及所述平面與相鄰平面的中心距離dp，并計算所述平面與相鄰平面的距離函數f ;
[0026]S54、對所述距離函數f進行判斷，若f小于閾值M，則合并所述平面與相鄰平面；
[0027]S55、重復步驟S53-S54的操作，當所述平面集合中的任一平面距離函數f大于等于閾值M時，合并截止；并將所述平面集合中占據長方體個數小于閥值N的的平面去除。
[0028]優選的，步驟S53中計算距離函數f的表達式為:
【權利要求】
1.一種農作物冠層整齊度的自動測量方法，其特征在于，包括以下步驟:51、獲取農作物冠層圖像；52、利用雙目圖像重建技術計算所述農作物冠層圖像的三維點云數據；53、從所述三維點云數據中分離出農作物的行向點云數據；54、依據所述行向點云數據，計算農作物冠層整齊度的基礎數據；55、依據所述基礎數據計算農作物冠層整齊度指標。
2.如權利要求1所述的自動測量方法，其特征在于，步驟S3中包含步驟:531、依據所述農作物冠層圖像的像素點的灰度值，從所述農作物冠層圖像的像素點中分離出行向像素點；532、遍歷所述行向像素點，以預訂閾值對圖像二值化，得到二值圖像；533、對所述二值圖像進行濾波去噪，去除孤島像素，填充中間孔洞的操作后；與二值圖像中白色像素對應的三維點云既是農作物行向點云數據。
3.如權利要求2所述的自動測量方法，其特征在于，步驟S4中包含步驟:541、將所述行向像素點使用最小二乘法，擬合出一條行向直線；542、將所述行向直線映射到所述三維點云數據中，以所述行向直線為中心軸，以預設半徑的圓柱體內的冠層點云數據做為計算農作物冠層整齊度的基礎數據。
4.如權利要求3所述的自動測量方法，其特征在于，步驟S5中包含:551、計算所述基礎數據所包含空間點集的最小外包長方體；552、將所述最小外包長方體等分為2n個等分長方體，遍歷每一等分長方體，對包含在每一等分長方體中的點云數據進行平面擬合，獲得平面集合；553、計算所述平面集合中的平面與該平面的上下、前后、左右相鄰的平面所形成的夾角α，以及所述平面與相鄰平面的中心距離dp，并計算所述平面與相鄰平面的距離函數f ；554、對所述距離函數f進行判斷，若f小于閾值M，則合并所述平面與相鄰平面；555、重復步驟S53?S54的操作，當所述平面集合中的任一平面距離函數f大于等于閾值M時，合并截止；并將所述平面集合中占據長方體個數小于閥值N的的平面去除。
5.如權利要求4所述的自動測量方法，其特征在于，步驟S53中計算距離函數f的表達式為:
6.如權利要求4所述的自動測量方法，其特征在于，步驟S54中合并所述平面與相鄰平面的方法為:用兩個相鄰等分長方體中的點云擬合新的平面帶代替原有平面。
7.如權利要求4所述的自動測量方法，其特征在于，步驟S5中計算農作物冠層整齊度指標的表達式為:式中，p=t/sump,表示每個長方體中平面出現的概率,其中t=0或I, sump為平面個數之和。
8.如權利要求4所述的自動測量方法，其特征在于，步驟S5中的閾值M為0.45，閾值N為4。
9.一種農作物冠層整齊度的自動測量裝置，其特征在于，包括以下模塊:獲取冠層圖像模塊，通過雙目立體相機獲取農作物冠層圖像；計算三維點云數據模塊，利用雙目圖像重建技術計算所述農作物冠層圖像的三維點云數據；分離行向點云數據模塊，從所述三維點云數據中分離出農作物的行向點云數據；計算基礎數據模塊，依據所述行向點云數據，計算農作物冠層整齊度的基礎數據；計算冠層整齊度指標模 塊，依據所述基礎數據計算農作物冠層整齊度指標。
【文檔編號】G06T7/00GK103440648SQ201310370384
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月22日 優先權日:2013年8月22日
【發明者】郭新宇, 王傳宇, 肖伯祥, 杜建軍, 吳升 申請人:北京農業信息技術研究中心