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苹果果实生长信息远程测定方法与技术研究

作　者: 张晗
导　师: 何东健
学　校: 西北农林科技大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 苹果果实生长信息图像分析图论数学形态学模板匹配
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 49次
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内容摘要

为满足苹果园科学管理、估产，研究影响其生长的因素，以提高苹果产量和品质需求，本文以我校白水苹果试验站种植的苹果果实为研究对象，研究远程获取苹果图像并检测苹果果实生长信息的方法和技术。主要研究内容和结论如下：（1）在介绍已有的远程图像获取系统的基础上，阐述树上生长苹果果实图像的获取方法，以及对其进行生长信息测定的方法。并根据具体需要设计了测定系统，确定了参照标记及标定方法。（2）为了将苹果果实从图像背景中分割出来，研究了苹果果实图像的分割方法。实验表明在自然场景中，基于颜色特征的分割方法不能很好的将未成熟苹果从背景中分割出来。故研究并提出了一种融合纹理信息和图论的基于最小生成树的图像分割算法，该方法首先将图像分割为许多小图像块并计算其纹理信息，然后将图像块作为节点，图像块之间的关系作为边，将节点与节点之间的区别作为计算权值的依据，定义了包含纹理信息和位置信息的权函数。构造无向带权图并对图进行划分后，再将划分结果映射回原图像，即得到图像的分割结果。实验表明该方法鲁棒性强，对于未成熟苹果图像分割情况较好，在光线强度变化较大的情况分割效果仍然稳定，并且改善了分割过细的状况。（3）利用数学形态学的方法对用图论方法分割后的图像进行了二次处理，实验表明选用大小为5个像素的圆形探针，先进行闭运算之后再进行开运算，可以填补孔洞和凹角，使得分割得到的果实对象边界更为光滑。（4）针对基于图论的图像分割方法速度较慢的情况，研究并改进了一种快速的模板匹配算法。首先利用标记的图像作为模板，对模板进行灰度统计，取水平方向和竖直方向中方差最大的线构造十字特征直线模板。然后对待检测的图像进行灰度统计以减小搜索区域，用十字模板在缩小后的搜索区域中进行匹配，同时借鉴金字塔搜索的思想，利用变步长的采样方法对每个匹配点的相关度计算算法进行了优化。在图像序列中快速定位到标记位置之后，再对当前区域进行扩大，然后对扩大的图像进行分割和信息测定。实验证明该算法匹配速度快，能显著的提高计算速度。（5）在MATLAB平台下，构建了有标记下测定苹果果实生长信息的框架，实现了基于图论的图像分割及形态学处理、图像序列快速分割及苹果果实信息的测定。结果表明，苹果果实纵径、横径、果形指数、大小的相对误差在5%以下，基本满足实际测定精度要求，用图像分析的方法对远程视频中的果实生长信息进行无损测定是可行的。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-16
  1.1. 研究目的与意义  10-11
  1.2. 国内外研究现状  11-14
    1.2.1 国外研究现状  11-12
    1.2.2 国内研究现状  12-14
  1.3. 研究内容与方法  14-15
  1.4. 论文组织与结构  15-16
第二章树上生长苹果果实图像的获取  16-21
  2.1 远程图像的获取系统  16-17
    2.1.1 获取系统的硬件设备  16
    2.1.2 图像获取系统的组成  16-17
  2.2 苹果树上果实图像获取  17-18
  2.3 系统标定方法  18-20
  2.4 本章小结  20-21
第三章苹果果实图像分割算法  21-39
  3.1 苹果果实生长图像的预处理  21-22
  3.2 苹果果实生长图像的分割算法  22-37
    3.2.1 图像特征的选取  22-26
      3.2.1.1 颜色特征  23-25
      3.2.1.2 纹理特征  25-26
    3.2.2 基于图论的图像分割算法  26-35
      3.2.2.1 图论分割算法的基本思想和原理  27-28
      3.2.2.2 对应原图像的无向带权图的构造  28-30
      3.2.2.3 图论分割算法的求解步骤  30-35
    3.2.3 图像分割结果的后续处理  35-37
      3.2.3.1 腐蚀和膨胀  35-36
      3.2.3.2 开运算和闭运算  36-37
  3.3 分割结果及分析  37-38
  3.4 本章小结  38-39
第四章苹果果实图像序列快速分割算法  39-49
  4.1 苹果果实图像分割算法的效率分析  39-40
  4.2 图像匹配算法的基本流程  40-43
    4.2.1 图像匹配算法的定义  40-42
    4.2.2 图像匹配算法的分类  42
    4.2.3 图像匹配算法的流程  42
    4.2.4 图像匹配算法的性能  42-43
  4.3 快速模板匹配算法  43-47
    4.3.1 模板的优化选择  44
    4.3.2 匹配点的优化计算  44-46
    4.3.3 搜索区域的优化选择  46-47
  4.4 模板匹配算法的实现与结果  47-48
  4.5 本章小结  48-49
第五章苹果果实生长信息测定及分析  49-53
  5.1 测定系统架构分析  49-50
  5.2 苹果果实生长信息测定结果及分析  50-52
  5.3 本章小结  52-53
第六章结论与展望  53-55
  6.1 结论  53-54
  6.2 展望  54-55
参考文献  55-58
致谢  58-59
作者简介  59

苹果果实生长信息远程测定方法与技术研究

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