基于纹理特征的玉米苗期田间杂草识别-论文.pdf

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1、江苏农业科学2014年第42卷第7期王怀宇，李景丽．基于纹理特征的玉米苗期田间杂草识别[J]．江苏农业科学，2014，42(7)：143—145基于纹理特征的玉米苗期田间杂草识别王怀宇，李景丽(保定学院信息技术系，河北保定071000)摘要：对玉米常见杂草进行灰度化、图像滤波等图像预处理，对多个图像纹理特征进行筛选。以支持向量机进行分类识别，分别进行基于灰度矩阵、统计矩的识别以及二者结合的识别。结果表明，综合了灰度矩阵与统计矩的纹理特征识别精度最高，可满足田间杂草识别要求。关键词：玉米；杂草；识别；纹理特征；灰度矩阵；统计矩中图分类号：TP391．4

2、1文献标志码：A文章编号：1002—1302(2014)07—0143—03玉米苗期常见杂草包括刺儿菜、藜、马唐、田旋花等。传玉米产量。研究证实，当玉米生长至3—5叶、田间杂草生长统除草方法是喷洒除草剂，但田间杂草生长分布呈不均匀、无至2—3叶时，是去除杂草的关键时期。本研究在玉米生长至规律的随机分布，因此大规模药物喷洒不仅造成浪费，也对环3～5叶时采集田间各类杂草图像，包括刺儿菜、藜、马唐、田境带来不容忽视的污染。随着精准农业的发展和图像处理技旋花。在目标物正上方以640×480像素进行拍摄，杂草图像术应用的深入，在机器视觉的协助下实现农田中除草剂

3、的变实例见图1。量喷洒成为当今研究热点。如何识别杂草图像是其中最为关键的步骤。当前已经开发出不少识别杂草的有效方法，这些方法往往结合杂草各类特征对其进行识别，包括颜色特1_I■■征¨“]、形状特征]、光谱特征等，也有研究结合以上组合特征进行识别，取得了较高的效率与精度。但单独针对杂草纹理特征进行智能识别的研究尚不多见。a．刺儿菜纹理特征能够体现出图像灰度或颜色分布的可描述规律，尤其是在被识别目标的形状、颜色等属性均与周边环境相似时，能够以兼顾宏观性质与细部结构的方式取得较好的识别效果。不同作物种类或同种作物的健康苗株与病害植株问在图像纹理特征上有较为

4、明显的区别，因此纹理特征在c．马脚d．田旋花农作物病虫草害识别研究中能取得较好的识别效果⋯。对图1杂草图像实例于杂草识别来讲，怎样快速提取纹理特征以及如何实现准确的识别率是最关键的问题。本研究以玉米常见杂草图像识别1．2图像预◆处理螵'r为例，在图像预处理后，对样品的多个纹理特征进行筛选，以1．2．1图像增强为了突出图像特征，削弱某些不重要甚至支持向量机进行分类，分别进行基于灰度矩阵、统计矩的识别干扰的信息，首先对原始图像进行增强处理，以提升图像中有以及结合二者的识别，以期为杂草的快速检测及定向施药提价值区域的对比度。图像增强方法分为频率增强法和空间

5、增供基础。强法两大类。考虑到图像识别对于实时性的要求，本研究选取效率更高的空间增强法“，该方法对每个像素的灰度值进1材料与方法行变换，最终实现整体对比度的提升，达到图像增强的目的。1．1图像采集采用的算法如下：北方地区玉米苗期杂草非常常见，一般在播种后便可观g(i，)=×[i，)一]+g。(1)察到杂草。据统计，华北地区玉米播种后的8～10d是杂草b-j出土最集中的时期，l2—15d杂草出土占总量的80％，25d式中分别是指图像样本中线性变换区域的输入灰度最后达到95％。杂草的出土、生长时间规律与北方地区夏玉米大值与最小值；gg。分别是指输出灰度最大

6、值与最小值；苗期生长节律基本吻合。因此，只有及时除去杂草才能保证，(i√)、g(i，)分别表示输入、输出图像的灰度值。1．2．2灰度化处理图像纹理特征分析只需要其亮度信息，不需要颜色信息，而由于颜色信息数据量比较大，影响了图像收稿日期：2013—1l—O3基金项目：河北省保定市科技基金(编号：13ZN021)；保定学院科研处理速度，为便于纹理分析，还应把基于RGB的图像进行灰基金(编号：2013Z04)。度处理。考虑到玉米与杂草及周围其他元素相比，其主色调作者简介：王怀宇(1975一)，男，河北保定人，硕士，讲师，从事图像处为绿色，表明RGB的G元素

7、与周围环境区分最为明显，因此理、数据挖掘研究。E—mail：why_Mxy@163．eom。引入Woebbeeke的超滤特征法进行灰度化处理Ⅲ，算法．-——144·——江苏农业科学2014年第42卷第7期如F：，磊磊(√)一-E。(，Y)：2G(，Y)一R(，Y)一B(，Y)。(2)^一’(7)式中：(，Y)表示目标图像的超绿值；G(，Y)、R(，Y)、B(，y)分别代表颜色空间中3个分量的矩阵。暑lUtU(i√)，(8)1．2．3滤波处理在上述处理的基础上，进一步通过滤波来磊磊(J)，(9)优化图像质量。滤波法一般包括邻域滤波和中值滤波2类。：盖(

8、—t)zL乏磊-IP(√)，(10)叶片边缘轮廓信息量很大，同样考虑到处理的效率和实时性，本研究选取运算量相