一种基于Kinect传感器的颜色深度匹配植株识别方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种农业喷雾植株检测技术，尤其涉及一种基于Kinect传感器的颜 色深度匹配植株识别方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，由于传感器具有微型化、数字化、智能化以及多功能化等特点，在农业果 树、花卉等植株的农药喷雾领域起到重要的作用，基于传感器的植株检测技术也逐渐成为 人们研究的一大热点。目前，基于传感器的植株检测技术主要有三种：红外线技术、超声波 对靶技术和激光技术。基于红外线技术和超声波对靶技术的传感器检测方法，由于其受喷 雾环境温度、湿度等因素的影响，对植株检测的精确性有很大的影响，从而降低了农药的有 效利用率；基于激光技术的传感器检测方法，其高精度、高速度的检测特点，能够快速实现 植株目标的实时检测，从而达到提高农药的有效利用率、减少农药对环境污染的目的，但是 基于激光技术的传感器，其价格往往较高，运用在农业喷雾领域，增加了农药喷洒设备的成 本，从经济层面上考虑，其实际应用的推广难度较大。Kinect传感器为微软公布的XB0X360 体感周边外设，该设备的技术可以同时提供彩色图像和深度图像，从而获取三维空间的数 据，且不受光线的影响，其价格也较便宜。
【发明内容】
[0003] 为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于Kinect传感器的颜色 深度匹配植株识别方法，能够更加精确的实现目标植株的检测。
[0004] 本发明采用如下的技术方案：
[0005] -种基于Kinect传感器的颜色深度匹配植株识别方法，包括步骤：
[0006] 步骤1，调用Kinect传感器彩色摄像头和红外摄像头；
[0007] 步骤2,获取彩色图像和深度图像及其数据；
[0008] 步骤3,对所获取的彩色图像和深度图像进行处理：将步骤2中所获取的RGB彩 色图像颜色模型转换为HSV颜色模型，对色调H进行阀值限制，从而获取图像中绿色植株 部分，显示为白色点阵，其余背景及杂物显示为黑色点阵，对HSV阀值处理后的图像进行 Canny算子图像边缘检测处理，标识出图像中的植株的实际边缘；将步骤2中所获取的深度 图像，限制需要检测的深度距离范围，显示限定范围内的物体，去除范围之外的干扰物，对 限制深度范围后获取的深度图像，选用最大类间方差法对限定深度范围后的图像进行阀值 处理，进一步去除背景干扰物，显示范围物体为白色，背景色为黑色；
[0009] 步骤4,对步骤3处理后得到的彩色图像和深度图像进行相乘匹配，保留深度距离 范围内的绿色植株目标，去除背景及其他杂物；所述彩色图像和深度图像进行相乘匹配方 法的图像匹配原则为：当同一像素点的彩色图像和深度图像像素值均不为〇时，表示该像 素为目标植株点，保留该像素点；反之，若彩色图像和深度图像存在〇像素值时，说明该像 素点为误差点，去除该像素点。
[0010] 进一步，所述步骤1，调用Kinect传感器彩色摄像头和红外摄像头，彩色摄像头所 获取的彩色图像像素为640x 480,红外摄像头所获取的深度图像像素为640x 480。
[0011] 进一步，所述步骤2,通过帧触发循环函数设定循环次数i，获取指定帧i+Ι的彩色 图像和深度图像及其数据流。
[0012] 进一步，所述步骤3,对色调H的阀值限制范围取[90,145]，限制需要检测的深度 距离范围为[700,1200]，所选取的数值范围能够充分实现限定深度距离范围内对应植株目 标有无、大小、形状等特征信息的检测。
[0013] 进一步，所述步骤4中，彩色图像和深度图像进行相乘匹配方法的其数学模型如 下：
[0014]
[0015] 其中Pn为彩色图像和深度图像进行相乘匹配所得图像像素值的有无，有置1，无则 置〇 ;cn为彩色图像的像素值，d n为深度图像的像素值
[0016] 本发明的有益效果在于：一种基于Kinect传感器的颜色深度匹配植株识别方法， 通过彩色摄像头和深度摄像头获取彩色图像和深度图像，并对其进行相应的图像处理和匹 配，实现限定深度距离范围内对应植株目标有无、大小、形状等特征信息的检测，满足农业 喷雾植株目标检测的要求，提高喷雾的精确度和农药的有效利用率，降低农药喷洒的浪费 以及对环境的影响。
【附图说明】
[0017] 图1是本发明一种基于Kinect传感器的颜色深度匹配植株识别方法的步骤流程 图；
[0018] 图2是本发明基于图1的进一步步骤实施图；
[0019] 图3是本发明通过MATLAB调用Kinect传感器获取的彩色图像；
[0020] 图4是本发明对所获取的彩色图像处理后的效果图；
[0021] 图5是本发明对所获取的深度图像处理后的效果图；
[0022] 图6是本发明对处理后的彩色图像和深度图像进行匹配的效果图。
【具体实施方式】
[0023] 以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
[0024] 参照图1所示，本发明提供一种基于Kinect传感器的颜色深度匹配植株识别方 法，通过彩色摄像头和深度摄像头获取彩色图像和深度图像，并对其进行相应的图像处理 和匹配，实现限定深度距离范围内对应植株目标有无、大小、形状等特征信息的检测。包括 如下步骤：
[0025] 步骤1，通过MATLAB软件调用Kinect传感器彩色摄像头和红外摄像头；
[0026] 步骤2,获取彩色图像和深度图像及其数据；
[0027] 步骤3,对所获取的彩色图像和深度图像进行处理；
[0028] 步骤4,彩色图像和深度图像匹配，提取植株目标。
[0029] 本发明相对现有技术来说，同时调用彩色摄像头和深度摄像头，对所获取的彩色 图像和深度图像进行处理，从颜色以及深度信息这两方面同时进行目标植株的检测提取， 因此在植株的检测识别上能够实现比现有技术的识别准确度更好。
[0030] 参照图2所示，给出了基于图1的更详细的步骤实施图。本发明将结合图3~图6 的实例对图1的各个步骤进行详细论述，实例的预期效果是识别与彩色图像图3中形状不 规则的绿色植株（a)的枝叶部分。
[0031] 步骤1 :通过MATLAB软件调用Kinect传感器彩色摄像头和红外摄像头，将Kinect 传感器接至计算机上，彩色摄像头所获取的彩色图像像素为640x 480,红外摄像头所获取 的深度图像像素为640x 480。
[0032] 步骤2 :通过软件程序中的帧触发循环函数设定循环次数i，获取指定帧i+1的彩 色图像和深度图像及其数据流。所获取的单帧图像数据以矩阵形式保存，其中彩色图像数 据为640x 480x 3uint8格式，深度图像数据为6