杂草种子视觉不变特征提取及其种类识别.pdf

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1、第27卷第3期1582011年3月农业工程学报TransactionsoftheCSAEVr01．27No．3M弧2011杂草种子视觉不变特征提取及其种类识别赵文仓，王军欣(青岛科技大学自动化与电子T程学院，青岛266042)摘要：为提高杂草种子的快速准确的检疫鉴定，该文基于杂草种子生物稳定遗传特征对其进行视觉不变特征提取及其种类识别的研究。首先基于形态学特征和Hu氏不变矩提取杂草种子的16个视觉不变特征，这些特征有效地表征了杂草种子的生物稳定遗传特征信息；然后基于神经网络对其进行分类。试验证明，利用提取出的具有视觉不变性

2、的16个特征值作为BP神经网络识别分类的特征集，能快速地识别杂草种子，且具有较高的识别率。因此，该方法对植物检疫和农业生产具有重要意义。关键词：杂草种子，生物稳定遗传特性，视觉不变性，特征提取doi：10．39690．issn．1002—6819．2011．03．030中图分类号：S126，S451．0文献标志码：A文章编号：1002—6819(2011)-03-0158-04赵文仓，王军欣．杂草种子视觉不变特征提取及其种类识别[J]．农业工程学报，2011，27(3)：158—161．ZhaoWencang，WangJu

3、nxin．Featureextractionbased011visualinvarianceandspeciesidentificationofweedseeds[J]．TransactionsoftheCSAE，201l，27(3)：158—161．(inChinese谢thEnglishabstract)071言种子识别，提高了识别的准确性和效率。杂草对农业生产有很大的危害。全世界每年都会因草害致使农作物减产，造成巨大损失。加强和提高对杂草种子检疫鉴定手段和方法，以符合和适应检疫鉴定准确、快速之要求，至关重要【lJ。近

4、年来杂草种子特征提取的方法主要有基于形状、纹理和颜色来展开的。Zayasl掣2】在对样本中小麦和非小麦的图像识别中，选用的参数不具有旋转不变性，需要手工操作增加了工作的负担。Yonekawat3】等对紧密度、圆度、伸长度等参数进行评价，认为这些简单无量纲形状参数是非常有效的。龙满生等【4】以长宽比、圆度、第一不变矩3种形状特征作为输入，采用BP网络识别出杂草种子幼苗和杂草，识别率分别为87．5％和93．O％。J．Paliwal等【51提取出五类谷物的230个特征(包括56个纹理、51个形态、123个颜色)，由于外形和大小相

5、近，识别率为90％。郑宇【6】提出了面积、周长、长轴、短轴、最大／4"半径等13个种子形状特征参数的检测方法，并编程实现了这些形状特征参数的自动提取。然而，大部分研究都仅仅针对特征参数本身展开的，不具有可区别性、可靠性、独立性和数目小等特点。本文从杂草种子本身的生物稳定遗传学特点出发，提取出符合生物稳定遗传特征的具有视觉不变性的形状特征和Hu氏不变矩特征，然后运用BP神经网络对杂草收稿日期：2010-07．09修订日期：2010-12—23基金项目：山东省自然科学基金项目(Y2007G32)：青岛市应用摹础研究项目(09．

6、1．3．52-JCH)；山东省优秀中青年科学家科研奖励基金项目(BS2009DX001)作者简介：赵文仓(1973一)，男，副教授，主要从事图像处理与模式识别方面的研究工作。青岛青岛科技大学自动化与电子工程学院，266042。Email：WffflCal'lgZhao@gmaii．oDm1稳定视觉不变特征提取视觉不变性是指经过某些变化仍能被视为同一模式，在不同时期和不同形态下特征保持稳定，具有旋转、平移和尺度不变性。由各种杂草种子组成的群体具有相对稳定的遗传特征。在生物学和形态学上具有相对一致性，并能与其他种子在特征、形态

7、上有所区别[_71。本文中为了表征杂草种子的生物稳定遗传特征采用了2种方法，一种是提取其形态学特征，另一种HU氏不变矩特征。1．1生物稳定遗传形态学特征种子的外形主要是由生物的基因决定的，呈多样性且相对稳定，其形状和表面特征等各有不同，即使是同种种子的不同品种其特征也有所差别【sl。良好的特征能充分反映杂草种子的信息，能够提高运算速度、区分性好，并且能够快速、方便的获取。本文对杂草种子生物稳定遗传形态学特征提取的步骤见图1。图1杂草种子提取步骤Fig．1Weedseedextractsteps形状特征的提取是指图像在二值反

8、向、阂值分割、边缘检测等处理基础上，进一步提取出特征参数的过程【9】。本文参照了生物稳定遗传学中常用的形态特征参数，主要包括种子和种脐的面积、周长、原形度、长轴长度、短轴长度、长轴／短轴、质心等(见图2所示)。在此基础上，结合提取出的种子图像几何特征中有些只具有平移不变，不具有比例不变性的特点。本文提∞