一種基於Android的葉片圖像植物自動識別裝置的製作方法

2023-06-15 06:11:21

本實用新型涉及數字圖像處理和模式識別技術領域，尤其是涉及一種基於Android的葉片圖像植物自動識別裝置。

背景技術：

隨著計算機圖像處理技術和人工智慧技術的發展，物體識別的技術也逐漸滲透到了植物物種識別領域，由於農業發展的需要，植物物種的機器識別應運而生，特別是農作物的生長發育、質量產量檢測和病蟲害檢測等方面，植物物種識別都發揮著重要作用。

植物物種機器識別技術最早可以追溯到1986年，Ingrouille等人採用27種葉形特徵，使用了主成分分析方法(PCA)對橡樹進行了分類識別。同年，Guyer DE等人也發表了其研究成果，Guyer等人通過光譜分析和數學推導等方法論證了通過圖像識別技術進行物種識別的兩個重要的基礎理論，光譜對葉片和泥土的反射的區別足以分割葉片和背景以及不同植物物種葉片的形狀差異足以區分植物物種。1993年，Guyer再次發表了新的研究成果，通過精確定位葉片圖像輪廓上的點得到了植物葉片的形狀特徵，並提取了17中葉形特徵作為分類器的輸入數據實現了40種植物物種的可視化識別；1996年，Yonekawa等人研究發現，簡單的葉片形狀因子對於植物葉片識別是有效的，運用判別式分析、匹配和機器學習等方法進行植物葉片分類識別可以取得良好的效果。1997年，Abbasi等利用多尺度曲率空間(CSS)方法來描述葉片形狀，並用來對菊花進行分類。Mokhtarian等在2004年又發展了這種方法，用於自遮掩的葉片識別。Belhumeur P.N等在2008年實現一種植物物種鑑別的可視化系統軟體，該軟體依託美國國家植物標本庫，收集了上千種黑色背景的植物葉片圖像，並在植物學家的幫助下分類標籤了，軟體讀取待得到植物葉片圖像後進行特徵提取和分類，經過數秒的時間可返回匹配度最高的植物物種，包括該植物的文字和圖片介紹。

然而上述方法都是針對於傳統的臺式機所進行設計的識別方法。由於植物的生長環境基本都在室外，傳統的臺式機，筆記本不適合隨身攜帶來採集識別植物葉片，而手持設備體積小，方便攜帶，並且攝像系統的普及以及4G時代的到來，將十分有利於利用手機採集葉片，通過單機或者聯網的形式對植物葉片進行處理識別。

專利CN204926123U提供了一種基於手持終端葉片圖像的植物物種識別裝置，可以通過手持設備如iPhone和iPad等對室外植物進行物種識別，然而該裝置只適用於基於IOS系統的手持設備中，不適用於應用Android客戶端的手機和平板電腦等，同時該裝置需要在伺服器中才可進行植物的識別，這就導致在網絡不通順或者伺服器存在問題時無法進行植物識別，同時將圖片上傳至伺服器中也需要時間，這導致無法第一時間及時的獲取植物信息。

技術實現要素：

本實用新型的目的是針對上述問題提供一種自動識別、自動定位、便於分享、結構簡單、易於攜帶操作、識別精度高以及處理高效的基於Android的葉片圖像植物自動識別裝置。

本實用新型的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種基於Android的葉片圖像植物自動識別裝置，用以根據植物的葉片特徵進行植物物種識別，所述裝置包括通過無線網絡互相連接的Android客戶端和伺服器，所述Android客戶端包括圖像採集模塊、圖像處理識別模塊、人機互動界面、客戶端存儲器、定位模塊和客戶端網絡通信器，所述圖像處理識別模塊分別與圖像採集模塊、人機互動界面、客戶端存儲器、定位模塊和客戶端網絡通信器連接，所述客戶端網絡通信器與伺服器連接。

所述圖像採集模塊包括攝像頭、曝光控制器、圖像傳感器、外接閃光燈和模數轉換器，所述攝像頭分別與曝光控制器、圖像傳感器和外接閃光燈連接，所述模數轉換器分別與圖像傳感器和圖像識別處理模塊連接。

所述外接閃光燈置於攝像頭和植物的葉片之間，所述外接閃光燈與攝像頭之間的距離為0.5～1cm。

所述圖像傳感器為光傳感器，所述光傳感器為ExmorRS背照式CMOS圖像傳感器。

所述圖像識別處理模塊包括圖像識別器、圖像二值化處理器和圖像降噪處理器，所述圖像二值化處理器分別連接圖像採集模塊和圖像降噪處理器，所述圖像降噪處理器與客戶端存儲器連接，所述圖像識別器分別與人機互動界面、客戶端存儲器、定位模塊和客戶端網絡通信器連接。

所述定位模塊包括GPS定位器和北鬥定位器，所述GPS定位器和北鬥定位器均與圖像識別處理模塊連接。

所述伺服器包括依次連接的伺服器網絡通信器、伺服器存儲器和伺服器識別器，所述伺服器網絡通信器與客戶端網絡通信器連接。

所述無線網絡包括CDMA、GPRS、CDPD、TD-LTE和FDD-LTE網絡。

所述人機互動界面為電容式觸控螢幕。

與現有技術相比，本實用新型具有以下有益效果：

(1)本裝置可以對戶外遇到的植物進行拍攝後自動處理照片得到分析結果，了解植物的種類，具有自動識別的能力。

(2)本裝置只需通過具有Android系統的手機和外接的閃光燈即可實現識別操作，結構簡單，便於攜帶。

(3)本裝置設有圖像識別處理模塊，對圖像進行了二值化和降噪處理後才進行識別，識別的精度和效率更高。

(4)本裝置設有外接閃光燈，而且該閃光燈與攝像頭之間的距離在0.5～1cm之間，在光照不足時，通過此閃光燈可以提高光照強度，同時該距離也保證了閃光燈將不會干擾攝像頭對焦拍攝，得到的圖像質量高。

(5)本裝置在客戶端設有圖像識別處理模塊，對於大部分圖像均可以在客戶端完成識別操作，節省了與伺服器通訊的時間，同時也避免了伺服器或網絡故障造成的影響。

(6)本裝置在伺服器上也設有伺服器識別器，可以進一步識別客戶端無法識別的圖像，識別精度高的同時也擴大了識別的範圍。

(7)設有定位模塊，可以讓用戶更加方便的了解植物所處的地理位置。

附圖說明

圖1為本實用新型的結構示意圖；

圖2為圖像採集模塊的結構示意圖；

其中，1為Android客戶端，11為圖像採集模塊，12為圖像二值化處理器，13為圖像降噪處理器，14為人機互動界面，15為客戶端存儲器，16為定位模塊，17為分享模塊，18為客戶端網絡通信器，19為圖像識別器，2為伺服器，21為伺服器識別器，22為伺服器存儲器，23為伺服器網絡通信器，111為攝像頭，112為曝光控制器，113為圖像傳感器，114為外接閃光燈，115為模數轉換器，161為GPS定位器，162為北鬥定位器，171為微信分享端，172為微博分享端，173為QQ分享端。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細說明。本實施例以本實用新型技術方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本實用新型的保護範圍不限於下述的實施例。

如圖1所示，一種基於Android的葉片圖像植物自動識別裝置，用以根據植物的葉片特徵進行植物物種識別，該裝置包括通過無線網絡(包括CDMA、GPRS、CDPD、TD-LTE和FDD-LTE網絡)互相連接的Android客戶端1和伺服器2，其中Android客戶端1包括圖像採集模塊11、圖像處理識別模塊、人機互動界面14、客戶端存儲器15、定位模塊16和客戶端網絡通信器18，圖像處理識別模塊分別與圖像採集模塊11、人機互動界面14、客戶端存儲器15、定位模塊16和客戶端網絡通信器18連接，客戶端網絡通信器18與伺服器2連接。

如圖2所示，圖像採集模塊11包括攝像頭111、曝光控制器112、圖像傳感器113、外接閃光燈114和模數轉換器115，攝像頭111分別與曝光控制器112、圖像傳感器113和外接閃光燈114連接，外接閃光燈114置於攝像頭111和植物葉片之間，且外接閃光燈114與攝像頭111之間的距離為0.5～1cm，經測試，這個距離對於拍攝物體的光照強度最好，可以清楚地照亮拍攝物體而且不幹擾攝像頭111對焦拍攝，模數轉換器115分別與圖像傳感器113和圖像識別處理模塊連接。

圖像識別處理模塊包括圖像識別器19、圖像二值化處理器12和圖像降噪處理器13，三者均通過FPGA板實現，圖像二值化處理器12分別連接圖像採集模塊11和圖像降噪處理器13，圖像降噪處理器13與客戶端存儲器15連接，圖像識別器19分別與人機互動界面14、客戶端存儲器15、定位模塊16和客戶端網絡通信器18連接。

定位模塊16包括GPS定位器161和北鬥定位器162，GPS定位器161和北鬥定位器162均與圖像識別處理模塊中的圖像識別器19連接。

伺服器2包括依次連接的伺服器網絡通信器23、伺服器存儲器22和伺服器識別器21，伺服器網絡通信器23與客戶端網絡通信器18連接。

其中，客戶端的人機互動界面14為電容式觸控螢幕，圖像傳感器113是光傳感器，具體為ExmorRS背照式CMOS圖像傳感器113，該傳感器具有1.5μm的像素麵積，尺寸為4.8×6.1mm。

除上述模塊以外，本裝置的Android客戶端的圖像處理識別模塊上還設有分享模塊17，該分享模塊17包括微信分享端171、微博分享端172和QQ分享端173，三個分享端均與圖像識別器19連接，用戶可根據個人喜好選擇將識別後的結果連同定位信息一起發送至微信、微博或QQ，這一功能增強了本裝置的互動性。

上述裝置在使用時，首先客戶端的圖像採集模塊11採集植物葉片的圖像，並將該圖像傳遞給圖像識別處理模塊中的圖像二值化處理器12進行圖像二值化，繼而傳遞至圖像降噪器進行降噪，之後存儲在客戶端存儲器15，圖像識別器19從客戶端存儲器15調取圖像進行識別，將識別後的結果傳遞至定位模塊16，獲取該結果所在地的位置信息，並顯示在人機互動界面14內的地圖上，用戶可以根據喜好將得到的結果和位置信息通過分享模塊17進行微信、微博或QQ分享；如果客戶端的圖像識別處理模塊無法識別出該圖像信息，客戶端網絡通信器18則將該圖像通過無線網絡傳遞至伺服器網絡通信器23，伺服器網絡通信器23再將其存儲在伺服器存儲器22，通過伺服器識別器21識別圖像得到結果，並將結果返回至客戶端進行展示，將其顯示在人機互動界面14上。