获取被测目标实际覆盖面积的方法及装置制造方法

获取被测目标实际覆盖面积的方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明实施例公开了获取被测目标实际覆盖面积的方法及获取被测目标实际覆盖面积的装置。所述方法包括：使用单目摄像头从被测区域采集被测图像；依据被测目标的颜色特征生成所述被测图像的预处理图像；获取所述预处理图像中被测目标的像素数量；获取所述预处理图像中单位像素代表的实际覆盖面积；根据所述像素数量及所述单位像素代表的实际覆盖面积求得被测目标覆盖面积。所述装置包括：采集单元，预处理单元，计数单元，计算单元，获取单元。采用本发明提供的方法和装置可以解决现有技术获取农作物覆盖面积较复杂的问题。
【专利说明】获取被测目标实际覆盖面积的方法及装置

【技术领域】
[0001]本发明涉及图像识别领域，尤其涉及获取被测目标实际覆盖面积的方法和装置。

【背景技术】
[0002]在现代化农业生产中，经常需要对农作物在生长期不同阶段的生长状况进行评估，而对农作物生长状况进行评估最重要的依据就是农作物的覆盖面，快速准确的获取农作物的覆盖面积成为农作物进行评估的重要前提。由于农作物通常都为不规则形状，使之覆盖的区域也为不规则形，获取农作物面积尤其是获取农作物在幼苗时期的覆盖面积，是非常困难的一项工作。
[0003]现有技术中，主要是通过使用光谱分析法获取农作物的覆盖面积。通常做法是首先获取农作物的光谱图像数据，然后根据光谱图像数据分析农作物的覆盖面积。但是采用光谱分析法获取农作物的覆盖面时，需要对大量代表性样品进行多光谱数据分析和建模，这就使得获取农作物的覆盖面积的数据获取和数据处理过程非常复杂。


【发明内容】

[0004]本发明实施例提供了一种获取被测目标实际覆盖面积的方法和装置，以解决现有技术获取农作物的覆盖面积的过程复杂的问题。
[0005]一方面，本发明实施例提供了一种获取被测目标实际覆盖面积的方法，该方法包括:
[0006]使用单目摄像头从被测区域采集被测图像；依据被测目标的颜色特征生成所述被测图像的预处理图像；获取所述预处理图像中被测目标的像素数量；获取所述预处理图像中单位像素代表的实际覆盖面积；根据所述像素数量及所述单位像素代表的实际覆盖面积求得被测目标覆盖面积。
[0007]结合一方面，在第一种可能的实现方式中，所述依据被测目标的颜色特征生成所述被测图像的预处理图像，包括:根据被测目标颜色确定被测目标像素的RGB特征；以所述RGB特征为基准对被测图像进行二值化生成预处理图像。
[0008]结合一方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述以所述RGB特征为基准对被测图像进行二值化生成预处理图像，具体为:以所述RGB特征为基准对被测图像进行二值化生成二值化图像；在以所述RGB特征为基准对被测图像进行二值化生成二值化图像之后，还包括:对所述二值化图像进行降噪生成预处理图像。
[0009]结合一方面，一方面的第一种可能的实现方式，一方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述获取所述预处理图像中被测目标的像素数量，包括:确定所述预处理图像中被测目标的像素边界；逐一判断所述预处理图像所包含的像素点是否在所述像素边界内；对判断结果进行统计得出所述预处理图像中所述被测目标的像素数量。
[0010]结合一方面的第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，在所述逐一判断所述预处理图像所包含的像素点是否在所述像素边界内之前，还包括:根据所述像素边界生成目标多边形；所述逐一判断所述预处理图像所包含的像素点是否在所述像素边界内，具体为:逐一判断所述预处理图像所包含的像素点是否在所述目标多边形内。
[0011]结合一方面的第四种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，在所述根据所述像素边界生成目标多边形之后，还包括:生成所述目标多边形的最小外接矩形；所述逐一判断所述预处理图像所包含的像素点是否在所述目标多边形内，具体为:逐一判断所述最小外接矩形所包含的像素点是否在所述目标多边形内。
[0012]结合一方面，一方面的第一种至第五种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，所述获取所述预处理图像中单位像素代表的实际覆盖面积，包括:获取所述单目摄像头的参数；利用所述参数确定所述预处理图像的图像坐标系与世界坐标的转换关系；根据所述转换关系计算出所述预处理图像中单位像素所代表代表的平均面积。
[0013]结合一方面的第六种可能的实现方式，在第七种可能的实现方式中，在所述根据转换关系计算出所述预处理图像中单位像素所代表代表的平均面积之前，还包括:确定所述预处理图像中被测目标的像素边界；根据所述像素边界生成目标多边形；生成所述目标多边形的最小外接矩形；根据转换关系计算出所述预处理图像中单位像素所代表代表的平均面积，具体为:根据转换关系计算出所述最小外接矩形中单位像素所代表代表的平均面积。
[0014]另一方面，本发明实施例还提供了一种获取被测目标实际覆盖面积的装置，该装置包括:
[0015]采集单元，用于使用单目摄像头从被测区域采集被测图像；预处理单元，用于依据被测目标的颜色特征生成所述采集单元采集的所述被测图像的预处理图像；计数单元，用于获取所述预处理单元生成的所述预处理图像中被测目标的像素数量；计算单元，用于获取所述预处理单元生成的所述预处理图像中单位像素代表的实际覆盖面积；获取单元，用于根据所述计数单元获取到的所述像素数量及所述计算单元获取到的所述单位像素代表的实际覆盖面积求得被测目标覆盖面积。
[0016]结合另一方面，在第一种可能的实现方式中，所述预处理单元，包括:特征确定子单元，用于根据被测目标颜色确定被测目标像素的RGB特征；图像二值化子单元，用于以所述特征确定子单元确定的所述RGB特征为基准对被测图像进行二值化生成预处理图像。
[0017]结合另一方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述图像二值化子单元，具体用于以所述特征确定子单元确定的所述RGB特征为基准对被测图像进行二值化生成二值化图像；所述预处理单元，还包括:图像降噪子单元，用于对所述图像二值化子单元生成的所述二值化图像进行降噪生成预处理图像。
[0018]结合另一方面，一方面的第一种可能的实现方式，一方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述计数单元包括:第一边界判定子单元，用于确定所述预处理单元生成的所述预处理图像中被测目标的像素边界；像素判断子单元，用于逐一判断所述预处理图像所包含的像素点是否在所述第一边界判定子单元确定的所述像素边界内；像素统计子单元，用于对所述像素判断子单元的判断结果进行统计得出所述预处理图像中所述被测目标的像素数量。
[0019]结合另一方面的第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述像素判断子单元，包括:第一多边形生成子单元，用于根据所述第一边界判定子单元确定的所述像素边界生成目标多边形；多边形判断子单元，用于逐一判断所述预处理图像所包含的像素点是否在所述第一多边形生成子单元生成的所述目标多边形内。
[0020]结合另一方面的第四种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，所述像素判断子单元，还包括:第一矩形生成子单元，用于生成所述第一多边形生成子单元生成的目标多边形的最小外接矩形；所述多边形判断子单元，具体用于逐一判断所述第一矩形生成子单元生成的所述最小外接矩形所包含的像素点是否在所述目标多边形内。
[0021]结合另一方面，另一方面的第一种至第五种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，所述计算单元，包括:参数获取子单元，用于获取所述单目摄像头的参数；坐标转换子单元，用于利用所述参数获取子单元获取的所述参数确定所述预处理图像的图像坐标系与世界坐标的转换关系；单位面积计算子单元，用于根据所述坐标转换子单元确定的所述转换关系计算出所述预处理单元生成的所述预处理图像中单位像素所代表代表的平均面积。
[0022]结合另一方面的第六种可能的实现方式，在第七种可能的实现方式中，所述计算单元，还包括:第二边界判定子单元，用于确定所述预处理单元生成的所述预处理图像中被测目标的像素边界；第二多边形生成子单元，用于根据所述第二边界判定子单元确定的所述像素边界生成目标多边形；第二矩形生成子单元，用于用生成所述第二多边形生成子单元生成的所述目标多边形的最小外接矩形；所述坐标转换子单元，具体用于根据转换关系计算出所述第二矩形生成子单元生成的最小外接矩形中单位像素所代表代表的平均面积。
[0023]与现有技术相比，采用本发明提供的获取被测目标实际覆盖面积的方法及装置，可以采用单目摄像头从被测区域采集被测图像，通过对该被测图像的处理和分析就可以获取到被测区域中被测目标的覆盖面积。采用本发明提供的方法和装置，可以非常简单的通过单目摄像头的拍摄的图像获取农作物的覆盖面积，解决了现有技术获取农作物的覆盖面积的过程非常复杂的问题。

【专利附图】

【附图说明】
[0024]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
[0025]图1为本发明获取被测目标实际覆盖面积的方法一个实施例的流程图；
[0026]图2A为本发明获取被测目标实际覆盖面积的方法另一个实施例的流程图；
[0027]图2B为小孔成像的模型示意图；
[0028]图2C为图像坐标和成像平面坐标坐标系关系图；
[0029]图2D为摄像头坐标与世界坐标关系不意图；
[0030]图2E为摄像头坐标定义示意图；
[0031]图3为本发明获取被测目标实际覆盖面积的装置的一个实施例框图；
[0032]图4为本发明获取被测目标实际覆盖面积的装置的预处理单元的一个实施例框图；
[0033]图5为本发明获取被测目标实际覆盖面积的装置的计数单元的一个实施例框图；
[0034]图6为本发明获取被测目标实际覆盖面积的装置的像素判断子单元的一个实施例框图；
[0035]图7为本发明获取被测目标实际覆盖面积的装置的计算单元的一个实施例框图。

【具体实施方式】
[0036]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0037]其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示装置结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
[0038]参见图1，为本发明获取被测目标实际覆盖面积的方法一个实施例的流程图，该方法包括如下步骤:
[0039]步骤101，使用单目摄像头从被测区域采集被测图像。
[0040]栅格图，也称光栅图像、栅格图形，是指在空间和亮度上都已经离散化了的图像。一幅栅格图像可以被为是一个矩阵，矩阵中的元素与栅格图图像中的点一一对应，而矩阵中的元素即为像素。矩阵中每一个元素的具体值代表着该像素的色彩，可以由RGB值组成。单目摄像头是依据小孔成像原理设定的最简单的摄像头，它的优点是简单实用而不失准确性的从被测区域采集栅格图形式被测图像。对于被单目摄像头拍摄到的三维空间内的任一个点，在被测图像上都有一个点与之相对应。换句话说也就是，对于被单目摄像头拍摄到的在三维空间内任意一个平面都可以与被测图像中由若干像素点组成的区域相对应，当被测目标为一个物体时，被测目标的覆盖面积也就与被测图像中代表被测目标的像素点的数量之间存在对应关系。
[0041]步骤102，依据被测目标的颜色特征生成所述被测图像的预处理图像。
[0042]由于单目摄像头拍摄到的栅格图一般为24位真彩色位图，使得被测图像包含较多的数据，而且这些数据中有很大一部分与获取被测目标的实际覆盖面积无关，为了加快获取被测目标的实际覆盖面积的速度，需要对栅格图形式的被测图像进行预处理，只保留与获取被测目标覆盖面积相关的数据，而对无关的数据进行去除。
[0043]在实际使用中，由于被测图像的颜色标准通常为RGB色彩模式，不为RGB色彩模式也可以被转变为RGB色彩模式，所以对无关的数据进行去除较为有效的方式就是对被测图像进行二值化处理，将被测图像转换为只有黑白两色栅格图，以黑色或白色其中一种代表被测目标，而另一种代表背景。对被测图像进行预处理的具体方式有多种，可以根据被测目标颜色确定被测目标像素的RGB特征，即被测图像中代表被测目标的像素的RGB特征，然后根据该RGB特征设定阈值，对被测图像进行二值化处理，或者也可以根据该RGB特征获取代表被测目标的像素应有的RGB分量关系，然后根据该色彩分量关系对被测图片进行二值化处理。为了进一步加快处理速度减小处理过程中产生的误差，还可以对二值化图像进行降噪，进一步减小二值化以及其他处理过程带来的误差。
[0044]步骤103，获取所述预处理图像中被测目标的像素数量。
[0045]由于单目摄像头获到的图像为栅格图，经预处理后的预处理图像同样仍然为栅格图像，因此可以采用统计方法确定预处理图像中代表被测目标的像素的数量。
[0046]为了便于获取预处理图像中被测目标的像素数量，可以为首先确定所述预处理图像中被测目标的像素边界；然后逐一判断所述预处理图像所包含的像素点是否在所述像素边界内；通过对判断结果进行统计得出所述预处理图像中所述被测目标的像素数量。确定被测目标的像素边界可以采用采用边界追踪算法，例如:八邻域边界跟踪算法。
[0047]在确定被测目标的像素边界之后还可以根据像素边界确定一个目标多边形，通过判断预处理图像中每一个像素点是否在此多边形内来判断该像素点是属于被测目标，然后对判断结果进行统计得出所述预处理图像中所述被测目标的像素数量。
[0048]为了加快对像素点进行判断和统计的速度，还可以生成目标多边形的最小外接矩形，只对该最小外接矩形内的像素点进行判断。由于该最小外接矩形是依据目标多边形生成的，所以该多边形内包括所有代表被测目标的像素点，同时该最小外接矩形包含的总像素点数又会小于等于预处理图像中所包含的像素点数，因此只对该最小外接矩形内包含的像素点数进行判断和统计，可以更快获取被测目标的像素数量。
[0049]在此需要说明的是，生成目标多边形的最小外接矩形的目的是减少需要判断的像素的数量，因此根据目标多边形的特征或实际统计需要也可以生成目标多边形的其他外接图形，例如:外接圆形、外接正多边形，对此本发明不做限制。
[0050]步骤104，获取所述预处理图像中单位像素代表的实际覆盖面积。
[0051]在获取预处理图像中单位像素代表的实际覆盖面积时，首先需要对摄像头进行标定，通过摄像头标定获得摄像头包括内部参数、外部参数及畸变参数在内的参数，在对摄像头进行标定时可以采用的标定方法有:直接线性变换的标定方法、利用透视变换矩阵的标定方法、基于径向约束的两步法及张正友标定法。
[0052]根据标定获取到的单目摄像头参数，结合图像坐标、摄像头坐标、和世界坐标之间的对应关系，可以得到图像坐标到世界坐标的转换公式，通过转换公式，可以计算预处理图像中单位像素所代表的实际覆盖面积。为了使单位像素所代表的实际覆盖面积更加精确，还可以生成所述目标多边形的最小外接矩形；然后根据转换关系计算出所述最小外接矩形中单位像素所代表代表的平均面积，以最小外接矩形中单位像素所代表代表的平均面积代表所述预处理图像中单位像素代表的实际覆盖面积。
[0053]在此需要说明的是，本发明不对步骤103和步骤104的先后顺序进行限制，在实际使用中可以先执行其中任意步骤，也可以两个步骤同时执行。
[0054]步骤105，根据所述像素数量及所述单位像素代表的实际覆盖面积求得被测目标覆盖面积。
[0055]由于已经通过对被测图像的处理和像素统计获取到了代表被测目标像素数量的，并且已经根据对单目摄像头进行标定获取到的参数计算出了单位像素代表的实际覆盖面积，可以得知像素数量与单位像素代表的实际覆盖面积的乘积即为被测目标的实际覆盖面积。当被测目标为一个物体时，该事件面积即为该物体的覆盖面积。
[0056]从上述实施例可以看出，采用本发明提供的获取被测目标实际覆盖面积的方法，可以采用单目摄像头从被测区域采集被测图像，通过对该被测图像的处理和分析就可以获取到被测区域中被测目标的覆盖面积。采用本发明提供的方法，可以非常简单的通过单目摄像头的拍摄的图像获取农作物的覆盖面积，解决了现有技术获取农作物的覆盖面积的过程非常复杂的问题。
[0057]参见图2A，为本发明获取被测目标实际覆盖面积的方法另一个实施例的流程图，该方法包括如下步骤:
[0058]步骤201，使用单目摄像头从被测区域采集被测图像。
[0059]如图2B所示小孔成像的模型，其中O是摄像头的原点；P是空间中的一个三维点，它在世界坐标下的坐标为(XW，YW，Zw);摄像头坐标为(X，Y，Z);在成像平面上的投影点为
P (X，y)，根据图2B所示的模型，可以知道它们的几何关系为式

【权利要求】
1.一种获取被测目标实际覆盖面积的方法，其特征在于，所述方法包括: 使用单目摄像头从被测区域采集被测图像； 依据被测目标的颜色特征生成所述被测图像的预处理图像； 获取所述预处理图像中被测目标的像素数量； 获取所述预处理图像中单位像素代表的实际覆盖面积； 根据所述像素数量及所述单位像素代表的实际覆盖面积求得被测目标覆盖面积。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述依据被测目标的颜色特征生成所述被测图像的预处理图像，包括: 根据被测目标颜色确定被测目标像素的RGB特征； 以所述RGB特征为基准对被测图像进行二值化生成预处理图像。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于， 所述以所述RGB特征为基准对被测图像进行二值化生成预处理图像，具体为: 以所述RGB特征为基准对被测图像进行二值化生成二值化图像； 在以所述RGB特征为基准对被测图像进行二值化生成二值化图像之后，还包括: 对所述二值化图像进行降噪生成预处理图像。
4.如权利要求1至3任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述获取所述预处理图像中被测目标的像素数量，包括: 确定所述预处理图像中被测目标的像素边界； 逐一判断所述预处理图像所包含的像素点是否在所述像素边界内； 对判断结果进行统计得出所述预处理图像中所述被测目标的像素数量。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于， 在所述逐一判断所述预处理图像所包含的像素点是否在所述像素边界内之前，还包括: 根据所述像素边界生成目标多边形； 所述逐一判断所述预处理图像所包含的像素点是否在所述像素边界内，具体为: 逐一判断所述预处理图像所包含的像素点是否在所述目标多边形内。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述根据所述像素边界生成目标多边形之后，还包括: 生成所述目标多边形的最小外接矩形； 所述逐一判断所述预处理图像所包含的像素点是否在所述目标多边形内，具体为: 逐一判断所述最小外接矩形所包含的像素点是否在所述目标多边形内。
7.如权利要求1至6任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述获取所述预处理图像中单位像素代表的实际覆盖面积包括: 获取所述单目摄像头的参数； 利用所述参数确定所述预处理图像的图像坐标系与世界坐标的转换关系； 根据所述转换关系计算出所述预处理图像中单位像素所代表的平均面积。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于， 在所述根据转换关系计算出所述预处理图像中单位像素所代表的平均面积之前，还包括: 确定所述预处理图像中被测目标的像素边界； 根据所述像素边界生成目标多边形； 生成所述目标多边形的最小外接矩形； 所述根据所述转换关系计算出所述预处理图像中单位像素所代表的平均面积，具体为: 根据所述转换关系计算出所述最小外接矩形中单位像素所代表的平均面积。
9.一种获取被测目标实际覆盖面积的装置，其特征在于，所述装置包括: 采集单元，用于使用单目摄像头从被测区域采集被测图像； 预处理单元，用于依据被测目标的颜色特征生成所述采集单元采集的所述被测图像的预处理图像； 计数单元，用于获取所述预处理单元生成的所述预处理图像中被测目标的像素数量；计算单元，用于获取所述预处理单元生成的所述预处理图像中单位像素代表的实际覆盖面积； 获取单元，用于根据所述计数单元获取到的所述像素数量及所述计算单元获取到的所述单位像素代表的实际覆盖面积求得被测目标覆盖面积。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述预处理单元包括: 特征确定子单元，用于根据被测目标颜色确定被测目标像素的RGB特征； 图像二值化子单元，用于以所述特征确定子单元确定的所述RGB特征为基准对被测图像进行二值化生成预处理图像。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于， 所述图像二值化子单元，具体用于以所述特征确定子单元确定的所述RGB特征为基准对被测图像进行二值化生成二值化图像； 所述预处理单元还包括:图像降噪子单元，用于对所述图像二值化子单元生成的所述二值化图像进行降噪生成预处理图像。
12.如权利要求9至11任意一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述计数单元包括: 第一边界判定子单元，用于确定所述预处理单元生成的所述预处理图像中被测目标的像素边界； 像素判断子单元，用于逐一判断所述预处理图像所包含的像素点是否在所述第一边界判定子单元确定的所述像素边界内； 像素统计子单元，用于对所述像素判断子单元的判断结果进行统计得出所述预处理图像中所述被测目标的像素数量。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述像素判断子单元包括: 第一多边形生成子单元，用于根据所述第一边界判定子单元确定的所述像素边界生成目标多边形； 多边形判断子单元，用于逐一判断所述预处理图像所包含的像素点是否在所述第一多边形生成子单元生成的所述目标多边形内。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述像素判断子单元还包括: 第一矩形生成子单元，用于生成所述第一多边形生成子单元生成的目标多边形的最小外接矩形； 所述多边形判断子单元，具体用于逐一判断所述第一矩形生成子单元生成的所述最小外接矩形所包含的像素点是否在所述目标多边形内。
15.如权利要求9至14任意一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述计算单元包括: 参数获取子单元，用于获取所述单目摄像头的参数； 坐标转换子单元，用于利用所述参数获取子单元获取的所述参数确定所述预处理图像的图像坐标系与世界坐标的转换关系； 单位面积计算子单元，用于根据所述坐标转换子单元确定的所述转换关系计算出所述预处理单元生成的所述预处理图像中单位像素所代表代表的平均面积。
16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述计算单元还包括: 第二边界判定子单元，用于确定所述预处理单元生成的所述预处理图像中被测目标的像素边界； 第二多边形生成子单元，用于根据所述第二边界判定子单元确定的所述像素边界生成目标多边形； 第二矩形生成子单元，用于用生成所述第二多边形生成子单元生成的所述目标多边形的最小外接矩形； 所述坐标转换子单元，具体用于根据转换关系计算出所述第二矩形生成子单元生成的最小外接矩形中单位像素所代表的平均面积。
【文档编号】G06K9/60GK104182757SQ201310190880
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2013年5月22日 优先权日:2013年5月22日
【发明者】张志斌, 刘占, 路莹莹, 魏凤岐 申请人:内蒙古大学