自然环境下重叠果实图像识别算法与试验-农业机械学报.PDF

２０１６年 ６月 农 业 机 械 学 报 第 ４７卷 第 ６期 ｄｏｉ：１０．６０４１／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００１２９８．２０１６．０６．００３ 自然环境下重叠果实图像识别算法与试验 １ １ １ ２ ３ 苗中华 　沈一筹 　王小华 　周小凤 　刘成良 （１．上海大学机电工程与自动化学院，上海 ２０００７２；２．现代农装科技股份有限公司，北京 １０００８３； ３．上海交通大学机械与动力工程学院，上海 ２００２４０） 摘要：针对非结构化自然环境中光照变化和对象重叠特征等外界因素给图像处理带来的难题，提出了一种自然环 境下重叠果实的图像识别与边界分割的组合优化算法。该组合优化算法首先对原始图像进行噪声滤波处理，然后 利用 Ｓｏｂｅｌ算子以及改进算子的最大类方差法（ＯＴＳＵ）来辨识重叠果实目标；接着采用 Ｋｍｅａｎｓ算法对重叠目标的 像素进行聚类得到单个目标位置，再结合边缘检测结果的连通域分析及区域生长获得单个目标边界的大致区域； 最后利用基于限制区域的分水岭算法，得到目标的精确边界。为了验证所提算法的有效性和适应性，进行了试验 研究。试验结果表明：所提出的组合优化算法不仅可以在自然环境下从重叠物体图像背景中识别出重叠目标，而 且还可以从重叠目标中分割出单个目标的精确边界。 关键词：机器视觉；重叠目标分割；分水岭算法；组合优化算法 中图分类号：ＴＢ１３７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００１２９８（２０１６）０６００２１０６ ＩｍａｇｅＲｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎＡｌｇｏｒｉｔｈｍａｎｄＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｆＯｖｅｒｌａｐｐｅｄ ＦｒｕｉｔｓｉｎＮａｔｕｒａｌＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ １ １ １ ２ ３ ＭｉａｏＺｈｏｎｇｈｕａ　ＳｈｅｎＹｉｃｈｏｕ　ＷａｎｇＸｉａｏｈｕａ　ＺｈｏｕＸｉａｏｆｅｎｇ　ＬｉｕＣｈｅｎｇｌｉａｎｇ （１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＳｈａｎｇｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００７２，Ｃｈｉｎａ ２．ＭｏｄｅｒｎＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ ３．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏＴｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００２４０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｃｏｍｂｉｎｅｄａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒｉｍａｇｅｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎａｎｄｂｏｕｎｄａｒｙｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｏｖｅｒｌａｐｐｅｄ ｏｂｊｅｃｔｉｖｅｓｕｎｄｅｒｎａｔｕｒａｌａｎｄｕｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｄｅａｌｔｗｉｔｈｔｈｅ ｃｈａｌｌｅｎｇｉｎｇｐｒｏｂｌｅｍｏｆｉｍａｇｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｐｐｌｉｅｄｔｏｔｈｅａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅｗｉｔｈｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｅｘｔｅｒｎａｌｆａｃｔｏｒｓ，ｓｕｃｈ ａｓｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎｃｈａｎｇｅｓｉｎｕｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｎａｔｕｒａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｏｂｊｅｃｔｉｖｅｆｅａｔｕｒｅｏｖｅｒｌａｐｐｉｎｇ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅ ｉｍａｇｅｎｏｉｓｅｏｎｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌｉｍａｇｅｒｅｃｅｉｖｅｄｆｒｏｍｔｈｅｃａｍｅｒａｗａｓｆｉｌｔｅｒｅｄｏｕｔｕｓｉｎｇｂｉｌａｔｅｒａｌａｌｇｏｒｉｔｈｍ． Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｏｖｅｒｌａｐｐｅｄｏｂｊｅｃｔｉｖｅｓｉｎｔｈｅｆｉｌｔｅｒｅｄｉｍａｇｅｗｅｒｅｒｅｃｏｇｎｉｚｅｄｂｙＯＴＳＵａｌｇｏｒｉｔｈｍｂａｓｅｄｏｎｔｈ