基于多重分形理论的油菜缺素叶片特征提取.pdf

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1、第29卷第24期农业工程学报Vo1．29No．242013年12月TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringDec．2013181基于多重分形理论的油菜缺素叶片特征提取王访，廖桂平，王晓乔2，李建辉2，李锦卫2，施文(1．湖南农业大学理学院，长沙410128；2．湖南农业大学农业信息研究中心，长沙410128)摘要：为描述油菜缺素叶片图像的特征，该文提出了一种基于多重分形去趋势波动分析方法，即局部多重分形去趋势波动分析。该方法确定

2、的(g)指数能有效刻画叶片图像每个像素点的多重分形特征，并以所有像素点ho(q)的平均值表征每幅图像的多重分形特征。选取4种油菜缺素叶片图像进行试验，结果表明所提取局部多重分形去趋势波动平均指数Lh能很好地区分叶片，并通过方差分析指出当日={．10，．9，_8，一7，．6}时的％区分效果最好。最后基于每个像素点的，(g)指数利用模糊C均值聚类对缺镁油菜叶片图像进行模糊分割，并与传统的灰度值分割及经典的基于容量测度的HSlder指数分割进行了对比试验，结果表明以上述)为特征具有最佳的分割效果。关键词：

3、图像处理，图像分割，分形，特征提取，模糊C均值聚类，油菜缺素，局部多重分形去趋势波动分析doi：10．3969~．issn．1002—6819．2013．24．02中图分类号：029；S126文献标志码：A文章编号：1002—6819(2013)一24—0181—09王访，廖桂平，王晓乔，等．基于多重分形理论的油菜缺素叶片特征提取[J]．农业工程学报，2013，29(24)：181—189．WangFang，LiaoGuiping，WangXiaoqiao，eta1．Featuredescripti

4、onfornutrientdeficiencyrapeleavesbasedonmultifractaltheory[J]．TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE)，2013，29(24)：181—189．(inChinesewithEnglishabstract)析方法【6J等，但这些方法大多是针对图像单一的纹0引言理特征提出的。这将造成油菜缺素叶片图像的颜在作物的生长环节中，肥料

5、的施放不仅直接关色、形状信息很大程度的遗漏。而BenoitB．系到作物生长，还与农业及环境的可持续发展密切Mandelbrot在20世纪60年代提出分形理论是一种相关，营养诊断是十分重要的内容【lJ。如何进行高可以真实地、准确地描述客观世界自相似特性的有效而准确地机器识别及诊断成为该领域的一个重效手段L7J。分数维作为客观事物的重要特征和度量，要问题和研究方向。叶片是油菜重要的生理器官，把物体表面的空间信息和图像灰度信息简单而有甘蓝型油菜主茎叶寿命最长可达105d，能充分地机地结合起来，能敏感地反映

6、图像颜色灰度变化及反映油菜缺失的营养素情况【2j。其颜色、纹理、形状目标区域边缘轮廓的灰度变化。利用分形理论描述改变都直接关系到缺失营养素的种类及数量。因此图像最关键的问题是如何准确地估计分形维，目前叶片成为对油菜缺素研究最理想的对象之一。学者们已经提出了一些分数维的计算方法，常用的利用叶片对油菜进行营养诊断的关键问题是算法有Keller的盒维数J以及Sarkar等提出的差分如何准确地提取其特征，使得这些特征能够反映不计盒法L9】等。但如何兼顾准确度和时间复杂度这2同缺素的种类，并能对缺素叶片关键区

7、域提供精准个重要的因素，还没有一个很好的折中方案，这也的定位。目前已有很多关于图像特征的提方法，如是学者们不断探讨的问题。尽管如此，分形理论已灰度共生矩阵法(GLCM)j、灰度行程长度法被广泛应用于各个研究领域。在农学领域的应用主(GLRL)[引、马尔可夫随机场(MRF)理论L5J及小波分要表现在对作(植)物表面图像奇异性的刻画，为其生长过程的诊断问题提供依据。，例如龚国淑等收稿日期：2013-04．10修订日期：2013-11-13【lUJ对植物病害病斑形状的分形特征进行了研究。龚基金项目：国家自

8、然科学基金项目(31071328)；高等学校博士学科点红菊¨lJ应用分形理论为水稻单产提出了一种计算专项科研基金(20114320110001)；湖南省科技计划重点项目(2011GK2024)：湖南省科技重大专项第四专题(2013FJ1006—4)机视觉预测技术。Wu等2J提出了一种基于支持向作者简介：王访(1981一)，男(汉族)，湖南长沙人，湖南农业大学理量机的利用分形维数为叶片特征的识别方法，并应学院讲师，在读博士，主要从事多重分形理论在作物信息科学中的应用研用