分割閾值對田間導(dǎo)航線影響的研究

1、    分割閾值對田間導(dǎo)航線影響的研究    楊杰 覃溪 潘福增【摘 要】田間圖像分割閾值是影響分割效果的重要參數(shù)，針對田間導(dǎo)航線的提取，對比了不同閾值分割效果提取田間導(dǎo)航線間的差異。對9幅田間圖像分別采取不同閾值提取導(dǎo)航線，進行方差分析均存在顯著差異。這表明分割閾值對田間導(dǎo)航線提取存在顯著影響。【關(guān)鍵詞】分割閾值；田間；導(dǎo)航線通過農(nóng)業(yè)機械的廣泛使用減少勞動強度已經(jīng)成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的共識，而通過引入自動控制技術(shù)實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械的自動化和智能化成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的新方向。為實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械自動行駛，近年來視覺導(dǎo)航技術(shù)逐漸成為研究的熱點1234。在農(nóng)業(yè)設(shè)備視覺導(dǎo)航中，田間圖像

2、的分割閾值是重要影響因素，因此對分割閾值對導(dǎo)航線提取影響的研究將為相關(guān)設(shè)備的開發(fā)提供理論基礎(chǔ)。1.田間導(dǎo)航線提取算法現(xiàn)有的田間導(dǎo)航技術(shù)一般分為3個步驟：圖像分割，特征點提取，導(dǎo)航線擬合。其中圖像分割是后續(xù)步驟的基礎(chǔ)?，F(xiàn)有視覺導(dǎo)航設(shè)備采集到的田間圖像多為rgb圖像，即運用r、g、b三個值表示每個像素點紅、綠、藍的程度，進而表示每個像素點的顏色。田間采集到用于導(dǎo)航的田間圖像一般如圖1（a）所示。圖像分割就是將田間圖像中綠色的植被與其他顏色的背景分離開，從而根據(jù)綠色作物提取綠色作物中間的壟間道路，也就是農(nóng)業(yè)設(shè)備的導(dǎo)航線?，F(xiàn)有研究中一般采用超綠特征（2g-r-b）進行閾值分割，也有采用歸一化后的超綠特

3、征進行分割。但是對于閾值的選取缺乏公認(rèn)的方法。圖1（a）閾值分割后的圖像如圖1（b）所示。分割圖中白色的部分表示綠色植被，數(shù)值為1。分割圖中黑色的部分表示背景，數(shù)值為0。因為分割圖中只有0和1兩種數(shù)值，因此這也被稱為二值圖。獲取分割后的二值圖后，一般需要提取特征點，最多見的方法就是逐行掃描圖像，提取每行綠色植物的中心點，也就是白色坐標(biāo)的中心點。當(dāng)然，也有其他方法，比如提取中間壟線的中線點，但是提取綠色作物的中心點誤差較為穩(wěn)定，所以較為多見。這些中心點坐標(biāo)就是導(dǎo)航線擬合中需要的特征點。提取特征點后，就需要根據(jù)特征點擬合導(dǎo)航線?，F(xiàn)在最常見的導(dǎo)航線提取算法一般是最小二乘法和hough變換。兩種方法擬

4、合的效果差別不大，其主要思想都是找到一條直線使得盡量符合已知特征點的坐標(biāo)規(guī)律。如圖1（b）提取綠色植被各行中心點為特征點，運用最小二乘法擬合直線結(jié)果如圖1（c）所示。2.分割閾值影響分析顯然，分割閾值的不同將使得田間導(dǎo)航圖像的分割結(jié)果不同，一些點可能由綠色植被判斷為背景，或者將背景判斷為作物。因此，分割閾值影響分割精度得到共識。但是，經(jīng)過特征點提取和導(dǎo)航線擬合后分割閾值帶來的差異影響是否存在并無定論。如果在分割過程中由于田間圖像的某些特點存在誤差抵消的情況，甚至可能使得不同分割閾值帶來的差異消失。一旦這一假設(shè)成立，在研究中則可以考慮忽略分割閾值的影響，這對于分割閾值的選取具有較大影響。3.實驗

5、與結(jié)果為驗證相關(guān)情況，選擇9幅田間導(dǎo)航圖像，采用超綠特征分割圖像。分割中采取兩個不同的閾值進行分割。分割后分別提取每行綠色作物中心點為特征點，擬合直線作為導(dǎo)航線。所擬合直線y=ax+b中系數(shù)a和b分別如表1所示。為分析不同分割閾值的結(jié)果，對每幅圖像所得兩條導(dǎo)航線在圖像中每行的點進行配對樣本t檢驗，得到每幅圖像兩條導(dǎo)航線的顯著性概率如表1所示。如表1所示，9幅圖像的不同閾值分割后所獲取的導(dǎo)航線之間的顯著概率都近似為0，這表明導(dǎo)航線之間存在顯著差異。這就表明分割閾值的選取直接影響導(dǎo)航線提取的精度。參考文獻：1戴青玲， 李克儉， 黃玲， 胡波. 曲線導(dǎo)航線提取中腐蝕參數(shù)的分析. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011（7）.2張志斌， 潘華穩(wěn)， 李琛， 王冰清. 一種基于平均壟間距的視覺導(dǎo)航壟線識別算法. 計算機工程與應(yīng)用，2011（22）.3張成濤， 譚彧， 吳剛， 王書茂. 基于達芬奇技術(shù)的收割機視覺導(dǎo)航圖像處理算法試驗系統(tǒng). 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2012（22）.4李景彬， 陳