一種基於植物葉片圖像信息的可攜式校園植物種類識別系統的製作方法

2023-04-23 13:43:56 1

一種基於植物葉片圖像信息的可攜式校園植物種類識別系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於植物葉片圖像信息的可攜式校園植物種類識別系統。包括：圖像採集單元，處理器單元，存儲器，顯示屏和用戶交互按鈕。其中圖像採集單元包括攝像頭和白色背景框。圖像採集單元負責植物葉片的圖像採集，處理器單元主要負責植物葉片圖像處理和識別，存儲器中存儲校園植物葉片的圖像信息以及植物相關的詳細信息，顯示屏用來顯示識別結果，用戶交互按鈕主要負責用戶與系統的交互。處理器對採集到的植物葉片圖像信息首先進行預處理，然後進行特徵提取並向量化，通過計算被識別植物葉片向量與存儲器中植物葉片向量間的距離來識別植物。本發明可以方便地通過植物葉片圖像信息來識別校園植物，有重要的實用價值。
【專利說明】一種基於植物葉片圖像信息的可攜式校園植物種類識別系統
【技術領域】
[0001]本發明屬於信息控制【技術領域】，具體涉及一種基於植物葉片圖像信息的可攜式校園植物種類識別系統的開發。
【背景技術】
[0002]植物在人類的衣食住行等方面發揮著重要作用，對環境保護也有重要意義。而植物種類的識別是一項非常重要但又極具挑戰性的工作。因此如果能開發一個能自動識別植物種類的可攜式系統，它將對植物的分類和管理有很高的實用價值。地球上的植物種類繁多，要開發一種能識別所有植物的系統是不太現實的。通過圖像技術識別植物種類，最好的特徵是植物的葉片。目前市場上實用的植物種類自動識別系統並不多見。植物種類的自動識別系統是未來植物分類和管理的發展方向，具有廣闊的應用前景。

【發明內容】

[0003]為了實現植物種類的自動快速識別，開發了這個基於植物葉片圖像信息的可攜式校園植物種類識別系統。它屬於嵌入式系統，體積小便於攜帶。它僅對一定區域內的植物種類進行識別，這就大大提高了該系統的準確率和識別速度。通過採集一個區域(如校園)內植物的葉片圖像信息，經過簡單的圖像處理(包括圖像灰度化、二值化、去除噪聲和特徵提取)，建立一個植物葉片圖像信息的資料庫，然後通過圖像檢索算法，計算系統採集到的圖像與資料庫中葉片圖像的相似度，從而識別出被識別植物葉片的種類。
[0004]本發明為了解決上述問題所採用的技術方案如下:
[0005]整個系統由負責圖像採集的攝像頭和白色背景框、用戶交互按鈕、顯示屏、資料庫存儲器、以及負責圖像處理的DSP晶片和系統處理器ARM晶片組成。其特徵在於尺寸和手機相仿，屬於可攜式嵌入式系統，方便攜帶。
[0006]攝像頭和白色背景框主要負責採集植物葉片圖像信息。由於白色背景框的尺寸已知，採集圖像時，把葉片鋪展平放在白色背景框上，這樣通過DSP對得到的數字圖像的處理就能方便地得到植物葉片的面積和葉片輪廓的周長，葉片面積和輪廓周長對植物種類的識別很重要。
[0007]植物葉片圖像信息的向量化:把葉片圖像的面積、最小外接矩形的面積、最小外接矩形的長寬比、平行脈或網狀脈、葉片顏色、葉片的輪廓周長平方與面積比、葉片的圓形度等信息量化後組成表示葉片信息的向量，即把葉片圖像信息用向量的形式表示出來。
[0008]向量化後的數據不能直接使用，還要把各個分量進行歸一化，使各分量的取值都在0和I之間。各分量還要取不同的權重，比如葉脈是網狀還是平行狀權重取最大，其次顏色，尺寸等，為各個分量分配不同的權重。表I中給出了各葉片特徵的量化值和歸一化方法，並給出了各特徵值相應的權重。
[0009]資料庫的建立首先要採集研究區域內的植物葉片圖像信息，其次通過DSP對採集到的數字圖像進行處理，得到表示各個葉片圖像信息的向量存儲在資料庫中，並把該植物的詳細信息以文本形式存儲起來供用戶使用。
[0010]系統採集到圖像後，經DSP圖像處理把數字圖像信息向量化，然後計算該葉片圖像向量與資料庫中的各個圖像向量的歐氏距離。系統把比較結果按照歐氏距離從小到大的順序排列，並且把結果顯示在系統的顯示屏幕上，用戶可以通過用戶交互按鈕手動選擇自己要找的植物葉片，然後選擇被識別植物來獲取更多有關被識別植物的詳細信息。
表1
【權利要求】
1.一種基於植物葉片圖像信息的可攜式校園植物種類識別系統，主要包括:圖像採集單元，處理器單元，存儲器，顯示器和用戶交互按鈕，其中圖像採集單元包括攝像頭和採集植物葉片圖像的白色背景框； 所述的基於植物葉片圖像信息的可攜式校園植物種類識別系統，其主要特徵在於系統有專門的白色背景框，白色背景框是一個邊長為15cm正方形白色平板，採集圖像時將葉片平鋪在白色背景框上，這樣得到的圖像噪聲較小，便於圖像的進一步處理而且可以方便地計算圖像的實際面積和周長； 所述的基於植物葉片圖像信息的可攜式校園植物種類識別系統，其特徵在於以DSP作為圖像處理晶片，用ARM晶片作為整個系統的總處理器來控制和協調整個系統各個部分間的工作； 所述的基於植物葉片圖像信息的可攜式校園植物種類識別系統，其特徵在於用戶可以通過交互按鈕與系統進行交互，這樣保證了系統識別的準確性和靈活性； 所述的基於植物葉片圖像信息的可攜式校園植物種類識別系統，其特徵在於植物葉片圖像信息的向量化，以及向量中各個分量的選擇、量化和歸一化； 所述的基於植物葉片圖像信息的可攜式校園植物種類識別系統，其特徵在於向量化後向量的歸一化以及各個分量權重的分配； 所述的基於植物葉片圖像信息的可攜式校園植物種類識別系統，其特徵在於它僅對一定區域(如校園)內的植物種類進行識別。
【文檔編號】G06K9/64GK103617430SQ201310433155
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年9月14日 優先權日:2013年9月14日
【發明者】楊福增, 李偉, 蒲應俊, 劉志傑 申請人:西北農林科技大學