一种基于图像分割技术的颗粒数粒方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种农业用的颗粒数粒方法，尤其涉及一种基于图像分割技术的颗粒 数粒方法。
【背景技术】
[0002] 在种子培育等工作过程中，经常会遇到对种子进行计数这样的繁琐而枯燥的工 作。随着科学技术的不断提高，数粒仪有效替代了人工数粒的落后工作方式。中国国内农 业部门有关单位推广数粒仪的应用将使中国农业科研工作者在进行育种、选种过程中提高 研究水平、节省大量时间。
[0003] 现有的数粒仪主要分为两类：物理式光电数粒仪和软硬件结合式智能数粒仪，分 别介绍如下：
[0004] 物理式光电数粒仪工作原理：仪器工作由微电脑芯片控制，配以薄膜式按键操作。 电磁振动盒使种子逐粒排队送料，落入光电转换槽后形成光电脉动，经放大整形倒相后送 入计数电路，以LED数码管显示读数。
[0005] 软硬件结合式智能数粒仪工作原理：待测种子放置在电磁震动工作台上，经震动 后使种子较均匀平铺，为了提高准确率，应尽量避免种子之间重叠。固定在电磁震动工作台 上的摄像头在良好的LED光源的光照条件下对平铺后的种子进行图像拍摄，模拟信号的图 像数据经图像采集卡进行模数转换成数字图像数据后传递给PC机；在PC机上，基于虚拟仪 器软件开发平台及其强大的图像处理功能软件包进行机器视觉数种系统软件开发，数字图 像数据通过该软件进行图像处理、分析等操作后得出测量结果，并在显示器上显示出来。
[0006] 上述两种传统数粒仪都存在计数速度慢、对样品质量要求过高、设备昂贵等问题， 具体表现不同，光电式数粒仪要求样品大小基本相同且不含杂质，否则容易造成较大误差 或者停止工作，价格普遍在2000到6000不等；而软硬件结合式数粒仪对图片品质要求高， 需要借助强光装置和背光装置等辅助设备进行拍照取样工作，其价格一般在万元以上。以 现国内使用最多的SLY系列微电脑自动数粒仪（光电式）和SC-H2型智能种子数粒仪（软 硬件结合式）为例，前者的速度低于500粒/1分钟，后者的速度为1000~15000粒/分钟 (每次数粒范围：50~3000粒）。
[0007] 上述传统数粒仪的缺陷制约了农业数粒工作的高效开展，从而减慢了农业科研进 程。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种计数速度快、对样品质量要求 较低的基于图像分割技术的颗粒数粒方法。
[0009] 本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
[0010] -种基于图像分割技术的颗粒数粒方法，用于对载有样品颗粒图案的图片进行处 理并获取样品颗粒的数量，包括如下步骤：
[0011] (1)对图片进行均一化处理，使图片上的点亮度、灰度均一，同时记录最大R值即 maxR、最小R值即minR、最大G值即maxG、最小G值即minG、最大B值即minB和最小B值即 minB；
[0012] ⑵计算当前图片像素点R、G、B值的权数weight，即遍历图像对weight[R] [G] [B] 采取自增操作；
[0013] (3)迭代聚类，将图片分为背景类和样品颗粒类：利用K均值算法，这里K= 2,即选取两个聚类质心点，首先设定两个初始中心点，一个代表背景的中心，一个代 表样品颗粒的中心，设置背景的中心点为像素点R、G、B值的权数最大的R、G、B，样品 颗粒的中心点设置为像素点R、G、B值的权数最小的R、G、B;然后在以[minR，maxR]， [minG，maxG]，[minB，maxB]范围的三层循环，重复下列过程直到收敛：对于每一个点， 计算其应该属于的类，即判定当前点属于背景还是样品颗粒，判断公式如下：min(dis背 景，dis样品颗粒)，dis=weight[R][G][B] · [(R-r)2+(G-g)2+(；B-b)2];将当前点加入 其所属的类后，重新计算该类的质心（r，g，b)，公式如下：
上述R、G、B都是属于同一类，即 9 背景或者样品颗粒；
[0014] (4)像素转化：遍历图片的每一个像素点，根据K均值聚类算法的结果，如果当 前像素点属于背景类，则置当前点为（255, 255, 255)，如果属于样品颗粒类，则置当前点为 (〇,〇,〇);遍历结束后，则将原图片转化为一个只有两种像素点的黑白图片，白色为样品颗 粒，黑色为背景；
[0015] (6)数粒：对图片的像素点进行广度优先搜索：遍历图片的每一个像素点，在当前 点是样品颗粒像素点的情况下，对当前像素点的四周8个方向进行读取，直到将当前样品 颗粒像素点的连通分量即图像中某一块样品颗粒像素点的集合统计完毕，对已经统计过的 样品颗粒像素点进行标记防止重复计数，从下一个像素点开始继续判定，直到图片上的所 有像素点都遍历完毕，计算每个连通分量所占的像素点数，然后对每个连通分量所占的像 素数进行从小到大的排序，由于背景的像素点数比样品颗粒所占的像素点数要多，所以选 取排序后数组的中位数，作为一个基本样品颗粒所占的像素点数，然后再通过每个连通分 量所占的像素点数除以基本样品颗粒所占的像素点数，求出每个连通分量大概的样品颗粒 数，进而得到总的样品颗粒数。
[0016] 作为优选，所述步骤（1)中，采用以下公式对图片进行均一化处理：
[0018]RGB色彩模式是工业界的一种颜色标准，是通过对红（R)、绿（G)、蓝⑶三个颜色 通道的变化以及它们相互之间的叠加来得到各式各样的颜色的，R、G、B即是代表红、绿、蓝 三个通道的颜色，这个标准几乎包括了人类视力所能感知的所有颜色，是目前运用最广的 颜色系统之一。
[0019] 本发明的有益效果在于：
[0020] 本发明利用K均值灰度图像分割和聚类分类技术对载有样品颗粒图案的图片进 行处理并获取样品颗粒的数量，具有计数速度快、对样品质量要求较低等优点，具体体现 为：
[0021] 1、在保证精度的前提下提高处理速度：采用图像处理技术，在保证精度的前提下 利用算法的优越性提高处理速度，实际时间复杂度受图片像素值影响，图片像素值越低，处 理时间越短；具体而言，误差一般控制在3%以下，速度可高达每秒处理5至8张图片（以50 万像素图片来计算），以每张图片平均300粒计算（处理时间不受图片的种粒数目影响）， 数粒速度可高达90000~144000粒/分钟。
[0022] 2、降低对样品品质的要求：通过利用K均值灰度图像分割和聚类分类等图像处理 算法，对图像以像素点为单位进行精密处理，支持低像素图像，对图像的分辨率和像素没有 要求；具体而言，计算机有着比物理型机器更好的灵活性，不易出现传统数粒仪死机、误差 过大的问题，相比软硬件结合式数粒仪，对图像拍摄条件要求低，只需将待数粒的样品放在 一张纯色（与样品色差较大）纸上，无光线斜照的基础上即可使用手机或者相机进行拍照。
[0023] 3、降低数粒费用：使用纯软件纯算法技术解决数粒问题，最大程度化降低硬件成 本；具体而言，只有研发和维护费用，可以以电脑软件的形式进行使用，无需设备费用和设 备产生的物流费用。
【附图说明】
[0024] 图1是本发明实施例中载有稻粒图案的图片；
[0025] 图2是本发明实施例中均一化处理后的图片；
[0026]图3是本发明实施例中第一次迭代后的图片；
[0027] 图4是本发明实施例中第二次迭代后的图片；
[0028] 图5是本发明实施例中最后一次迭代（本例中为第四次迭代）后的图片。
【具体实施方式】
[0029] 下面以对载有稻粒图案的图片进