皮棉中地膜的高光谱图像分割方法.pdf

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1、第32卷2016正第13期7月农业工程学报TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringVol-32No．13Jul．2016161皮棉中地膜的高光谱图像分割方法张航1,2,3乔曦1,3,4，李振波1,3,4李道亮1，3，4※(1．中国农业大学信息与电气工程学院，北京100083；2．天津农学院计算机与信息工程学院，天津300384；3．北京市农业物联网工程技术研究中心，北京100083；4．农业部农业信息获取技术重点实验室，北京100083)摘要：混入棉花中的地膜大部分是透明的或者颜色与棉花相近，

2、使用传统的视觉检测方法很难对其进行检测。针对此问题，采集了地膜的高光谱图像，结合光谱分析与图像处理技术，提出一种地膜的高光谱图像分割方法。首先提取地膜的平均光谱数据，经过去除噪声波段、多项式卷积平滑(Savitzky—Colav，SGl、标准正态变量(standardnornlalvariateSNV)变换等操作后，使用偏最小二乘回归(partialleastsquaresregression，PLSR)分析方法优选出4个最优波段，分别为560．3、673．9、716．9和798．8nm；然后提取出4个波段对应的图像，分别进行两次图像融合，并对融合后的图像进行阈值

3、分割、中值滤波操作；最后对处理后的图像再次进行图像融合，并移除小目标得到最终结果。为验证该方法，采用面积交迭度(areaoverlaDmeasure，AOM)、误分率(misclassifiedelTor，ME)和识别率(recognitionaccuracy)对分割结果进行客观评价分析，结果表明该方法能较好地完成对地膜图像的分割，可为后续的地膜特征提取和自动识别打下良好的基础。关键词：地膜；光谱分析；高光谱图像；算法；图像分割；图像融合；偏最小二乘回归doi：10．119750．issn．1002-6819．2016．13．023中图分类号：TP391．41文献

4、标志码：A文章编号：1002—6819(2016)一13-0161—07张航，乔曦，李振波，李道亮．皮棉中地膜的高光谱图像分割方法【J】．农业工程学报，2016，32(13)：161—167．doi：10．119750．issn．1002—6819．2016．13．023http：／／www．tcsae．orgZhangHang，Qiaoxi，LiZhenbo，LiDaoliang．Hyperspectralimagesegmentationmethodforplasticfilmsinginnedcotton[J]．TransactionsoftheChines

5、eSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE)，2016，32(13)：161—167．(inChinesewithEnglishabstractldoi：10．119750．issn．1002-6819．2016．13．023http：／／www．tcsae．org0引言作为重要的农产品和工业原料，棉花在我国农业、农村乃至国民经济发展中发挥着重要的作用。然而，棉产品质量容易受生产、加工等过程中混入的各种杂质影响。棉花中的杂质包括植物性杂质(棉壳、棉叶、棉籽、棉秆皮等)和非植物性杂质(头发、麻绳、地

6、膜、糖纸、丙纶丝等)，主要在采摘、储存、摊晒、运输、收购、加工等过程中混入棉花⋯。地膜主要由聚乙烯树脂组成，在种植棉花时被用来保持水分和温度，也由此导致了棉花采摘时经常会带人大量地膜。另外，地膜很难被去除，在纺纱时易被打碎成小碎片[21，使纱线变得更易破碎。因此，如何快速、精确地检测和去除混入棉花中的地膜，对棉花产业的发展至关重要。近20a来，计算机视觉技术已经广泛用于识别棉花中的棉秆皮并判断其在棉花中的重量【3J、自动视觉检测棉花质量[41、检测纺织品的结构缺陷[5／、识别和区分不同类型的异性纤维【1．s川等，同时，也有研究将其用于地膜检测。Fang等【2】使用

7、一台异性纤维在线视觉检出机器获取地膜图像并提出一种新的地膜检测方法，所提方法提高了地膜的检出率，平均检出率为43．33％；另外一些研究者使用收稿日期：2016—0l一20修订日期：2016—03—2l基金项目：国家自然科学基金资助项目(31228016)作者简介：张航，男，博士生，主要研究方向为机器视觉。北京中国农业大学信息与电气工程学院，100083。Email：zhanghrz@cau．edu．cn※通信作者：李道亮，男，教授，博士生导师，主要研究方向为农业先进传感与智能处理。北京中国农业大学信息与电气工程学院，100083。Email：dliangl@cau

8、．edu．