一種基于多特征的茶樹花分割和計數方法技術

本發明專利技術涉及茶葉和圖像處理技術領域，公開一種基于多特征的茶樹花分割和計數方法。本發明專利技術首先將原始的茶葉RGB彩色圖像轉換為HSI顏色空間，并進行圖像增強處理，對其中的色調H進行基于特征色調的匯聚計算后；然后應用改進的快速新的區域生長和合并算法，根據茶樹花的R、G參數進行初步的種子選擇，對種子區域基于多特征的相似性和區域的鄰接性進行區域生長，并結合顏色距離及合并規則進行區域的生長和合并，最后完成對茶樹花的分割和計數。實驗結果表明該算法有很好的連通性，能簡單快速地將多個茶樹花從茶葉圖像中分割出來。

A method of tea flower segmentation and counting based on multi features

【技術實現步驟摘要】
一種基于多特征的茶樹花分割和計數方法
本專利技術屬于茶葉和圖像處理
，是一種基于多特征增強、并結合改進的區域生長和合并算法的對茶樹中的茶樹花進行分割和計數的方法。
技術介紹
茶樹花的開發和應用是近年來的一個熱門方向，茶樹花里含成分具有解毒、抑菌、降糖、延緩衰老和增強免疫力等功效，其蛋白質、茶多糖、茶多酚、活性抗氧化物質超出茶葉中同類物質含量，而農藥殘留和重金屬含量卻很低。一株茶樹，一般一年可以生長出近千個做茶葉的營養芽，同時也能生長更多一些的繁殖后代的生殖花芽。隨著無性繁殖技術的推廣應用，生殖花芽不再擔負繁殖后代的任務，大量的茶樹花變成了與茶樹芽和葉爭水爭肥的累贅，為了保證來年茶葉的質量和數量，茶農每年都要采取人工修剪和噴施植物生長調節劑的方法抑制茶樹花的繁殖生長?，F在將茶樹花鮮花或干花通過深加工制成原漿和復合粉，可添入到食品、飲料、日用化妝品、婦女兒童衛生用品等產品中，具有很好的功能作用，是一種難得的天然復合型原料。同時利用冬閑收花，可增加農業收入，還可增加來年茶葉產量。對于彩色的圖像，主要的分割算法有邊緣檢測法、聚類方法、基于區域的方法等，邊緣檢測法對于彩色圖像往往不能準確地定位圖像中的對象和物體，而聚類方法計算量太大，區域生長法可以直接作用于顏色空間，在算法中可充分考慮圖像色彩分布和區域連通性等，因而本專利技術的在茶樹花的分割和計數中，選擇區域生長法。但是區域生長算法往往易受初始種子點的選取及生長順序的影響，還有確定區域生長和合并規則的問題。本專利技術針對茶葉圖像中茶樹花彩色圖像的顏色特征，提出了一種簡單快速的基于多特征的茶樹花分割和計數方法。該方法首先將原始RGB茶葉圖像通過圖像顏色空間的轉換，在HSI顏色空間中增強了H色調中茶樹花的特征，并在隨后的分割中，采用了改進的區域生長算法，該方法在傳統區域生長算法的基礎上改進了其中種子點的選取方法和生長規則及合并規則。實驗結果證明，該方法不但簡單高效，而且在保證區域連通性的同時，能夠與人眼視覺保持一致。
技術實現思路
通常一幅初始的彩色圖像都是生成在RGB顏色空間，即由R、G、B三個分量表示。RGB顏色分量對于顏色顯示有較好的效果，但是一般并不適用于顏色分析，因為R、G、B三個分量之間有很大的關聯性。但是對于茶樹花圖像而言，卻由于茶樹花為白色，在以綠色和深綠色為主的茶葉圖像中非常突出，而本專利技術的目的是快速的對茶樹花進行檢測，以方便合適的時間進行采摘，實驗發現，茶樹花的R、G兩個顏色分量明顯區別于茶葉和茶芽的本色。所以在本專利技術中，首先對原始的茶葉RGB彩色圖像進行顏色空間的轉換，將圖像從RGB顏色空間轉換為HSI顏色空間，并對其中茶樹花的特征色調H進行圖像匯聚的增強處理，以減少顏色的層次，方便后期的區域生長和合并，其后將圖像顏色空間再轉換回RGB顏色空間；然后應用改進的快速區域生長和合并算法，根據茶樹花的R、G參數進行初步的種子選擇，對種子區域基于多特征的相似性和區域的鄰接性進行區域生長，并結合顏色距離及合并規則進行區域的最終生長和合并，最后完成對茶樹花的快速分割和計數。本專利技術的一種基于多特征的快速茶樹花分割和計數方法，其算法的主要過程是：(1)獲取茶葉的原始圖像；(2)將原始圖像從RGB顏色空間轉換到HSI顏色空間，并對其中的色調H進行基于特征色調的圖像增強匯聚計算；(3)將圖像轉換回RGB顏色空間；(4)根據茶樹花的R、G參數，在圖像中選擇部分特征像素點作為種子；(5)基于生長規則對種子區域進行生長，將與種子顏色性質相似的相鄰像素附加在生長區域的種子上；(6)基于合并規則和顏色距離，對整幅圖像的多個子塊區域進行掃描和選取，對在顏色上相近，空間上相鄰的區域進行合并；(7)對合并后的區域進行膨脹和收縮的形態學處理；(8)完成多個茶樹花的分割和計數。HSI彩色空間中的H取值范圍為[0,360]，而在茶葉圖像中，茶樹花有突出的白色，而花蕊則有突出的黃色，本專利技術提出的色調圖像增強方法是：定義了茶樹花瓣和花蕊兩個特征色調中心值，在色調圓平面上，實驗發現這兩個色調值對應分別為30和43時，能取得較好的效果，所以以這兩個值為中心，將滿足條件的中心值附近的色調值按不同的條件和步長向中心值進行匯聚，以減少相對次要色調的數目，使每個色調值更接近于中心色調，達到使原圖像色調層次感更強的目的，同時也更利于下一步茶樹花的分割。步長對匯聚的選取很重要，步長過大會導致圖像出現顏色突變等不良效果，步長過小會使調節效果不明顯。經過多次實驗測試，確定步長選為1、3、5三種不同的匯聚步長，靠近色調中心值的步長小，越遠離色調中心值的步長越大。色調的匯聚計算定義為：H′i＝Hi±k1＜|Hi-H0|≤5k＝±1其中，5＜|Hi-H0|≤10k＝±310＜|Hi-H0|≤15k＝±5Hi為圖像中某點的色調值，H′i匯聚計算后的色調值，H0為色調中心值，k為步長，當Hi＜H0時，k取值為正，當Hi＞H0時，k取值為負。在種子選擇和區域生長的過程中，是在圖像中按特征值條件選擇種子像素作為生長的起點，然后將種子像素周圍8鄰域中與種子像素具有相同或相似性質的像素合并到這一區域中，再將這些新像素當做為新的種子像素繼續上面的過程，直到沒有滿足條件的像素可被包括進來為止。同時考慮到各不同像素點之間的連通性和鄰接性，在區域生長過程中每次循環遍歷下的種子點都是動態變化的。在對種子點周邊的8鄰域的進行區域生長時，定義了區域生長規則：|r-r0|≤kr,|g-g0|≤kg其中，r0,g0是圖像上所選的任一點P0的R、G分量，而r、g則為P0點周圍8鄰域內任意一點的R、G分量值，kr、kg為對應于R、G分量所選定的閾值。實驗表明，以這種方式定義的生長規則不僅降低了計算復雜度，加快了分割時間，而且充分考慮了各顏色分量之間的漸變性，更有利于對彩色圖像的顏色特征進行提取。在圖像的區域合并中，本專利技術定義兩個區域在顏色上相近，空間上相鄰，并且其鄰域處沒有顯著的邊緣是兩個可相連的區域，即一個區域與它的鄰域區域的相對顏色距離的最大值要小于定義的閾值。本專利技術采用區域的顏色分量均值定義顏色距離進行計算，顏色距離定義如下：其中ri和rj分別代表i和j區域中包含的像素個數，和代表兩個區域的顏色分量均值，||||表示歐式距離。ri·rj的乘積使得包含像素數目較少的區域與其他區域的顏色距離相比較小，從而在顏色分量均值相同的情況下，有利于小區域的優先合并，使得分割結果更加符合人們的視覺特性。在區域生長過程中，如果選定的種子區域與其鄰域的顏色距離小于預先設置的距離閾值，則可以將這兩個區域進行合并，合并后重新遍歷每個鄰域，再判斷領域是否在閾值范圍內，如果小于閾值，則斷續進行區域合并，直到再沒有相近區域可以合并為止。而在區域合并的最后，要求：如果一個區域的像素個數小于一定的閾值和顏色距離滿足相關條件，那么將這個區域合并到與它最近的鄰域區域中本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種基于多特征的快速茶樹花分割和計數方法，其特征是包含以下具體步驟：/n(1)獲取茶葉的原始圖像；/n(2)將原始圖像從RGB顏色空間轉換到HSI顏色空間，并對其中的色調H進行基于特征色調的圖像增強匯聚計算；/n(3)將圖像轉換回RGB顏色空間；/n(4)根據茶樹花的R、G參數，在圖像中選擇部分特征像素點作為種子；/n(5)基于生長規則對種子區域進行生長，將與種子顏色性質相似的相鄰像素附加在生長區域的種子上；/n(6)基于合并規則和顏色距離，對整幅圖像的多個子塊區域進行掃描和選取，對在顏色上相近，空間上相鄰的區域進行合并；/n(7)對合并后的區域進行膨脹和收縮的形態學處理；/n(8)完成多個茶樹花的分割和計數。/n

【技術特征摘要】
1.一種基于多特征的快速茶樹花分割和計數方法，其特征是包含以下具體步驟：
(1)獲取茶葉的原始圖像；
(2)將原始圖像從RGB顏色空間轉換到HSI顏色空間，并對其中的色調H進行基于特征色調的圖像增強匯聚計算；
(3)將圖像轉換回RGB顏色空間；
(4)根據茶樹花的R、G參數，在圖像中選擇部分特征像素點作為種子；
(5)基于生長規則對種子區域進行生長，將與種子顏色性質相似的相鄰像素附加在生長區域的種子上；
(6)基于合并規則和顏色距離，對整幅圖像的多個子塊區域進行掃描和選取，對在顏色上相近，空間上相鄰的區域進行合并；
(7)對合并后的區域進行膨脹和收縮的形態學處理；
(8)完成多個茶樹花的分割和計數。


2.根據權利要求1所述的一種基于多特征的快速茶樹花分割和計數方法，其特征是：在步驟(2)對色調H...

【專利技術屬性】
技術研發人員：汪建，
申請(專利權)人：汪建，
類型：發明
國別省市：四川;51