一种基于图像处理的谷瘟病等级的判断方法

1.本发明属于农作物病害检测技术领域，具体涉及一种基于图像处理的谷瘟病等级的判断方法。


背景技术：

2.谷子的产投比和经济效益优于玉米、小麦，是我国的主要杂粮作物之一，每年因病虫害问题造成的谷子产量损失严重；现有技术通过研究谷子病害的的图像采集和变化规律，通过对谷子叶片病害的特征形成和优化，对相应病害的rgb、lab图像的显色矩阵特征进行提取，依据病斑二值图像提取形态特征，提高识别率；其中谷瘟病是由真菌引起的病害，其致病菌为粟梨孢菌，属于谷子全生育期病害，可在谷子不同生育期分别造成苗瘟、叶瘟、节瘟和穗颈瘟，发病时产生褐色小病斑，发展至叶片枯黄，严重影响谷子产量，除了推广抗病新品种外，对已感染谷瘟病的谷子进行合理判断，通过分析谷瘟病病害等级，合理进行防治也是降低谷瘟病减产的重要方法。


技术实现要素：

3.本发明是在分析谷瘟病发展规律的基础上，通过imagej软件的粒子分析功能对不规则分布的异形病斑面积进行统计，方便谷瘟病病害等级的判断，并给出对应的防治方案，通过合理的防治方案避免由于防治不当引起的资源浪费或谷子减产。
4.本发明是通过以下技术方案实现的：一种基于图像处理的谷瘟病等级的判断方法，包括以下内容：（1）图像采集及处理（1.1）利用带背板的图像采集装置采集带斑点叶片的照片，将采集的照片输入计算机；（1.2）利用加权平均法进行灰度化处理，并转化为8位灰度图像，得到灰度图像；加权平均法见公式
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其中，f(i，j)为坐标（i，j）的点的灰度值，r（i，j）、g（i，j）、b（i，j）分别为坐标为 (i,j) 的点在red、green、bule分量上的值；（1.3）截取有效面积，所述截取有效面积选用魔法棒工具、trainable weka segmentation、矩形、椭圆形、 多边形、free hand工具中的一种，其中trainable weka segmentation在使用时需要以至少5副图为基础训练截取模型，主要选择矩形、多边形或free hand工具集合完成截取；清除有效面积外的其他部分；对灰度图像调整图像阈值（在image选项卡选择adjust后选择threshold进行调整，通常），直到图片上斑点与灰度图像中符合后进行孔填充（在process选项卡选择binary中fill holes），再利用自适应阈值算法进行打断连接（在process选项卡选择binary中watershed），得到预处理图像；
（1.4）通过粒子分析工具进行粒子分析（在analyze选项卡选择analyze particles），实现预处理图像上粒子数量的标注以及面积统计，得到粒子面积占比；（2）谷瘟病等级划分粒子面积占比小于0.3%时为1级；谷瘟病等级大于1级且粒子面积占比小于1%时为2级；谷瘟病等级大于2级且粒子面积占比小于3%时为3级；谷瘟病等级大于3级且粒子面积占比小于10%时为4级；粒子面积占比高于10%时为5级；（3）谷瘟病防治根据谷瘟病等级给出对应的防治方案：谷瘟病等级为1级时，用1000亿活芽孢/g枯草芽孢杆菌可湿性粉剂的500-600倍液进行喷雾；谷瘟病等级为2级时，用2%春雷霉素可湿性粉剂500-600倍液进行喷雾；谷瘟病等级为3级时，用2%春雷霉素可湿性粉剂500-600倍液进行喷雾，7天后用17%吡唑醚菌酯悬浮剂的500-600倍液进行喷雾；谷瘟病等级为4级及以上时，用2%春雷霉素可湿性粉剂500-600倍液、40%己唑醇
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嘧菌酯的500-600倍液，交替进行喷雾2个循环，喷施2%春雷霉素可湿性粉剂500-600倍液5天后喷施40%己唑醇
·
嘧菌酯的500-600倍液，再隔3天后喷施2%春雷霉素可湿性粉剂500-600倍液，重复一次。
5.谷瘟病在适宜的气象条件下发展迅速，合理选择杀菌剂并合理使用时防治谷瘟病成败的关键；枯草芽孢杆菌可湿性粉剂能够分泌抑制病原菌生长的物质，使病原菌失去扩展能力，对初期的谷瘟病有较好的防治作用，同时在反制过程汇总，能产生磷酯类、氨基糖累、肽类和酯肽类等抗生素类物质，能预防和治疗多种病害，调节植物的生长发育，促进根系吸收养分等多种功能，因此适合用于谷瘟病初期；2%春雷霉素可湿性粉剂在施用后防治效率高，能杀灭病菌的同时有增产作用；但2%春雷霉素可湿性粉剂存在安全间隔期，不适于长期使用，因此在后续需要配合其他不同效果的药剂使用，避免出现抗药性减弱谷瘟病的防治效果。
6.具体的，所述图像采集装置包括拍摄支架，所述拍摄支架包括背景底板，所述背景底板表面为纯白色硬质板，背景底板一侧设有垂直于背景底板的l型支杆，l型支杆位于背景底板中心正上方的部位设有摄像头组件，所述背景底板上方的前后两侧设有弹性压紧装置；所述摄像头组件包括ccd摄像头和补光装置，所述ccd摄像头的镜头距离背景底板上表面的距离为10cm，背景底板的长度为10cm，宽度为6cm，所述补光装置为led补光灯；拍摄得到的图像通过采集卡传送至计算机；所述弹性压紧装置为弹性压片，对需要采集的叶片进行轻压，保证压平叶片的同时不损伤叶片；所述l型支杆的后侧设有竖直握柄，背景底板的后侧设有水平握柄，方便稳定图像采集装置对叶片进行拍照。
7.具体的，所述步骤（1.2）中灰度化由matlab软件实现，步骤（1.2）中转化为8位灰度图像以及步骤（1.3）、（1.4）由imagej软件实现；所述截取有效面积选用魔法棒工具、trainable weka segmentation、矩形、椭圆形、 多边形、free hand工具中的一种；所述粒子分析工具需要选择包括孔和排除边缘选项，能够提高计算准确度。
8.8位灰度图像：每个像素存放在一个byte空间，8位灰度图像可以看成是一系列1位“位平面”的叠加。
9.为了方便照片的处理，收线对采集所得照片进行灰度化处理以及二值化处理，得
到方便统一处理的二值图像；根据图像实际情况，截取有效面积，对干扰部分进行删除，在此基础上对二值图像调整图像阈值进行调整，得到与斑点基本符合图像，然后利用粒子分析工具进行分析，得到粒子面积占比，与谷瘟病等级划分对照得到谷瘟病等级；根据谷瘟病等级对作物进行合理防治。
10.本发明相比现有技术具有以下优点：本发明通过合理设置图像采集装置，能对需要拍摄的叶片进行夹持，通过设置背景板能够避免图像的复杂背景，方便后续处理；合理设置弹性压紧装置，能对叶片进行压平，保证图像采集质量；另外弹性压紧装置同时起到分割作用，构成采集图像上下界限，使采集图像的大小确定，保证采集图像的稳定性；将采集所得图像通过进行灰度化处理以及二值化处理，得到方便统一处理的二值图像，根据实际情况截取有效面积，能够避免由于天气或其他影响对斑点造成的影响，利用threshold工具绝对阈值进行调整，得到符合实际斑点的图像，再通过fill holes和watershed工具进一步完善，提高分析粒子工具的准确性，得到粒子面积占比后方便对感染病害的作物进行合理防治。
附图说明
11.图1是本发明图像采集装置的结构示意图。
12.图2是实施例1中样片的灰度图像。
13.图3是实施例1的调整图像阈值的界面。
14.图4是实施例1中预处理图像及粒子数量标注图。
15.图5是实施例1中各粒子面积。
16.图6是实施例1中粒子面积占比结果。
17.图7是实施例2中样片的灰度图像。
18.图8是实施例2中预处理图像及粒子数量标注图。
19.图9是实施例2中粒子面积占比结果。
20.图10是实施例3中样片的灰度图像。
21.图11是实施例3中预处理图像及粒子数量标注图。
22.图12是实施例3中粒子面积占比结果。
23.其中，1-背景底板，11-弹性压紧装置，12-水平握柄，2
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l型支杆，21-竖直握柄，3-摄像头组件，31-ccd摄像头，32-补光装置。
具体实施方式
24.下面结合附图对本发明进一步说明。
25.下面将结合本发明实施例附图，对本发明实施例技术方案进行清楚、完整地描述，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。
26.本发明的构思为，利用图像采集装置简化图像采集过程，方便操作且保证采集图像的质量稳定性，方便后续对图像的统一处理；将采集所得图像通过进行灰度化处理以及
二值化处理，根据实际情况截取有效面积，避免干扰因素对图像造成的影响，得到符合实际斑点的图像，再通过fill holes和watershed工具进一步完善，能够快速得到粒子面积占比后方便对感染病害的作物进行合理防治，整个过程操作简便，稳定性高。
27.如图1所示，本发明中图像采集装置包括拍摄支架，所述拍摄支架包括背景底板1，所述背景底板1表面为纯白色硬质板，背景底板1一侧设有垂直于背景底板1的l型支杆2，l型支杆2位于背景底板1中心正上方的部位设有摄像头组件3，所述背景底板1上方的前后两侧设有弹性压紧装置11；所述摄像头组件3包括ccd摄像头31和补光装置32，所述ccd摄像头31的镜头距离背景底板1上表面的距离为10cm，背景底板1的长度为10cm，宽度为6cm（前述具体长度均为本实验中的长度，在实际应用中能根据实际需要进行调整），所述补光装置为led补光灯32（在拍照时根据实际需要打开，具体参考拍照时的光照强度、遮挡情况等）；拍摄得到的图像通过采集卡传送至计算机；所述弹性压紧装置11为弹性压片，对需要采集的叶片进行轻压，保证压平叶片的同时不损伤叶片；所述l型支杆2的后侧设有竖直握柄21，背景底板1的后侧设有水平握柄12，方便稳定图像采集装置对叶片进行拍照；在拍摄时，手动调节焦距和光圈，在晴天遮阴拍摄。
28.实施例1如图2-6中所示，图2为采集所得照片利用加权平均法进行灰度化处理，并转化为8位灰度图像，得到的灰度图像；由于照片光线比较均匀，同时四周没有干扰，因此，可以省去截取有效面积的步骤，直接通过threshold工具调整阈值，调整结果如图3所示，经fill holes和watershed工具处理后得到预处理图像，如图4（a），然后通过粒子分析工具对斑点进行标记，如图4（b）；同时给出各粒子面积结果如图5以及粒子面积总占比结果如图6所示。
29.粒子面积占比小于0.3%时为1级；谷瘟病等级大于1级且粒子面积占比小于1%时为2级；谷瘟病等级大于2级且粒子面积占比小于3%时为3级；谷瘟病等级大于3级且粒子面积占比小于10%时为4级；粒子面积占比高于10%时为5级；该实施例中，粒子占比为1.486%，因此判断该实施例中谷子谷瘟病等级为3级；防治方案为：用2%春雷霉素可湿性粉剂500-600倍液进行喷雾，7天后用17%吡唑醚菌酯悬浮剂的500-600倍液进行喷雾。
30.实施例2如图7-9中所示，图7为采集所得照片利用加权平均法进行灰度化处理，并转化为8位灰度图像，得到的灰度图像；照片光线比较均匀，同时四周没有干扰，因此，可以省去截取有效面积的步骤，直接通过threshold工具调整阈值，再经fill holes和watershed工具处理后得到预处理图像，如图8（a），然后通过粒子分析工具对斑点进行标记，如图8（b）；同时给出粒子面积总占比结果如图9所示。
31.粒子面积占比小于0.3%时为1级；谷瘟病等级大于1级且粒子面积占比小于1%时为2级；谷瘟病等级大于2级且粒子面积占比小于3%时为3级；谷瘟病等级大于3级且粒子面积占比小于10%时为4级；粒子面积占比高于10%时为5级；该实施例中，粒子占比为8.460%，因此判断该实施例中谷子谷瘟病等级为4级；防治方案为：用2%春雷霉素可湿性粉剂500-600倍液、40%己唑醇
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嘧菌酯的500-600倍液，交替进行喷雾2个循环；第一次喷施2%春雷霉素可湿性粉剂500-600倍液5天后喷施40%己唑
醇
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嘧菌酯的500-600倍液，再隔3天后喷施2%春雷霉素可湿性粉剂500-600倍液，5天后喷施40%己唑醇
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嘧菌酯的500-600倍液。
32.实施例3如图10-12中所示，图10为采集所得照片利用加权平均法进行灰度化处理，并转化为8位灰度图像，得到的灰度图像；照片右上方部位有些暗，可能会对斑点部分产生干扰，因此使用多边形或free hand工具，截取较暗且非斑点的部分并进行清除；另外右下角部分叶片由于损坏可能会产生干扰，因此通过多边形工具进行清除；完成后通过threshold工具调整阈值，再经fill holes和watershed工具处理后得到预处理图像，如图11（a），然后通过粒子分析工具对斑点进行标记，如图11（b）；同时给出粒子面积总占比结果如图12所示。
33.粒子面积占比小于0.3%时为1级；谷瘟病等级大于1级且粒子面积占比小于1%时为2级；谷瘟病等级大于2级且粒子面积占比小于3%时为3级；谷瘟病等级大于3级且粒子面积占比小于10%时为4级；粒子面积占比高于10%时为5级；该实施例中，粒子占比为19.253%，因此判断该实施例中谷子谷瘟病等级为5级；防治方案为：用2%春雷霉素可湿性粉剂500-600倍液、40%己唑醇
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嘧菌酯的500-600倍液，交替进行喷雾2个循环；第一次喷施2%春雷霉素可湿性粉剂500-600倍液5天后喷施40%己唑醇
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嘧菌酯的500-600倍液，再隔3天后喷施2%春雷霉素可湿性粉剂500-600倍液，5天后喷施40%己唑醇
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嘧菌酯的500-600倍液。
34.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或 基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
35.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员 可以理解的其他实施方式。