一種基于植物葉片圖像信息的便攜式校園植物種類識(shí)別系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于植物葉片圖像信息的便攜式校園植物種類識(shí)別系統(tǒng)。包括：圖像采集單元，處理器單元，存儲(chǔ)器，顯示屏和用戶交互按鈕。其中圖像采集單元包括攝像頭和白色背景框。圖像采集單元負(fù)責(zé)植物葉片的圖像采集，處理器單元主要負(fù)責(zé)植物葉片圖像處理和識(shí)別，存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)校園植物葉片的圖像信息以及植物相關(guān)的詳細(xì)信息，顯示屏用來(lái)顯示識(shí)別結(jié)果，用戶交互按鈕主要負(fù)責(zé)用戶與系統(tǒng)的交互。處理器對(duì)采集到的植物葉片圖像信息首先進(jìn)行預(yù)處理，然后進(jìn)行特征提取并向量化，通過(guò)計(jì)算被識(shí)別植物葉片向量與存儲(chǔ)器中植物葉片向量間的距離來(lái)識(shí)別植物。本發(fā)明可以方便地通過(guò)植物葉片圖像信息來(lái)識(shí)別校園植物，有重要的實(shí)用價(jià)值。
【專利說(shuō)明】一種基于植物葉片圖像信息的便攜式校園植物種類識(shí)別系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于信息控制【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于植物葉片圖像信息的便攜式校園植物種類識(shí)別系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。
【背景技術(shù)】
[0002]植物在人類的衣食住行等方面發(fā)揮著重要作用，對(duì)環(huán)境保護(hù)也有重要意義。而植物種類的識(shí)別是一項(xiàng)非常重要但又極具挑戰(zhàn)性的工作。因此如果能開(kāi)發(fā)一個(gè)能自動(dòng)識(shí)別植物種類的便攜式系統(tǒng)，它將對(duì)植物的分類和管理有很高的實(shí)用價(jià)值。地球上的植物種類繁多，要開(kāi)發(fā)一種能識(shí)別所有植物的系統(tǒng)是不太現(xiàn)實(shí)的。通過(guò)圖像技術(shù)識(shí)別植物種類，最好的特征是植物的葉片。目前市場(chǎng)上實(shí)用的植物種類自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)并不多見(jiàn)。植物種類的自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)是未來(lái)植物分類和管理的發(fā)展方向，具有廣闊的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了實(shí)現(xiàn)植物種類的自動(dòng)快速識(shí)別，開(kāi)發(fā)了這個(gè)基于植物葉片圖像信息的便攜式校園植物種類識(shí)別系統(tǒng)。它屬于嵌入式系統(tǒng)，體積小便于攜帶。它僅對(duì)一定區(qū)域內(nèi)的植物種類進(jìn)行識(shí)別，這就大大提高了該系統(tǒng)的準(zhǔn)確率和識(shí)別速度。通過(guò)采集一個(gè)區(qū)域(如校園)內(nèi)植物的葉片圖像信息，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的圖像處理(包括圖像灰度化、二值化、去除噪聲和特征提取)，建立一個(gè)植物葉片圖像信息的數(shù)據(jù)庫(kù)，然后通過(guò)圖像檢索算法，計(jì)算系統(tǒng)采集到的圖像與數(shù)據(jù)庫(kù)中葉片圖像的相似度，從而識(shí)別出被識(shí)別植物葉片的種類。
[0004]本發(fā)明為了解決上述問(wèn)題所采用的技術(shù)方案如下:
[0005]整個(gè)系統(tǒng)由負(fù)責(zé)圖像采集的攝像頭和白色背景框、用戶交互按鈕、顯示屏、數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)器、以及負(fù)責(zé)圖像處理的DSP芯片和系統(tǒng)處理器ARM芯片組成。其特征在于尺寸和手機(jī)相仿，屬于便攜式嵌入式系統(tǒng)，方便攜帶。
[0006]攝像頭和白色背景框主要負(fù)責(zé)采集植物葉片圖像信息。由于白色背景框的尺寸已知，采集圖像時(shí)，把葉片鋪展平放在白色背景框上，這樣通過(guò)DSP對(duì)得到的數(shù)字圖像的處理就能方便地得到植物葉片的面積和葉片輪廓的周長(zhǎng)，葉片面積和輪廓周長(zhǎng)對(duì)植物種類的識(shí)別很重要。
[0007]植物葉片圖像信息的向量化:把葉片圖像的面積、最小外接矩形的面積、最小外接矩形的長(zhǎng)寬比、平行脈或網(wǎng)狀脈、葉片顏色、葉片的輪廓周長(zhǎng)平方與面積比、葉片的圓形度等信息量化后組成表示葉片信息的向量，即把葉片圖像信息用向量的形式表示出來(lái)。
[0008]向量化后的數(shù)據(jù)不能直接使用，還要把各個(gè)分量進(jìn)行歸一化，使各分量的取值都在0和I之間。各分量還要取不同的權(quán)重，比如葉脈是網(wǎng)狀還是平行狀權(quán)重取最大，其次顏色，尺寸等，為各個(gè)分量分配不同的權(quán)重。表I中給出了各葉片特征的量化值和歸一化方法，并給出了各特征值相應(yīng)的權(quán)重。
[0009]數(shù)據(jù)庫(kù)的建立首先要采集研究區(qū)域內(nèi)的植物葉片圖像信息，其次通過(guò)DSP對(duì)采集到的數(shù)字圖像進(jìn)行處理，得到表示各個(gè)葉片圖像信息的向量存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，并把該植物的詳細(xì)信息以文本形式存儲(chǔ)起來(lái)供用戶使用。
[0010]系統(tǒng)采集到圖像后，經(jīng)DSP圖像處理把數(shù)字圖像信息向量化，然后計(jì)算該葉片圖像向量與數(shù)據(jù)庫(kù)中的各個(gè)圖像向量的歐氏距離。系統(tǒng)把比較結(jié)果按照歐氏距離從小到大的順序排列，并且把結(jié)果顯示在系統(tǒng)的顯示屏幕上，用戶可以通過(guò)用戶交互按鈕手動(dòng)選擇自己要找的植物葉片，然后選擇被識(shí)別植物來(lái)獲取更多有關(guān)被識(shí)別植物的詳細(xì)信息。
表1
【權(quán)利要求】
1.一種基于植物葉片圖像信息的便攜式校園植物種類識(shí)別系統(tǒng)，主要包括:圖像采集單元，處理器單元，存儲(chǔ)器，顯示器和用戶交互按鈕，其中圖像采集單元包括攝像頭和采集植物葉片圖像的白色背景框； 所述的基于植物葉片圖像信息的便攜式校園植物種類識(shí)別系統(tǒng)，其主要特征在于系統(tǒng)有專門的白色背景框，白色背景框是一個(gè)邊長(zhǎng)為15cm正方形白色平板，采集圖像時(shí)將葉片平鋪在白色背景框上，這樣得到的圖像噪聲較小，便于圖像的進(jìn)一步處理而且可以方便地計(jì)算圖像的實(shí)際面積和周長(zhǎng)； 所述的基于植物葉片圖像信息的便攜式校園植物種類識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于以DSP作為圖像處理芯片，用ARM芯片作為整個(gè)系統(tǒng)的總處理器來(lái)控制和協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)各個(gè)部分間的工作； 所述的基于植物葉片圖像信息的便攜式校園植物種類識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于用戶可以通過(guò)交互按鈕與系統(tǒng)進(jìn)行交互，這樣保證了系統(tǒng)識(shí)別的準(zhǔn)確性和靈活性； 所述的基于植物葉片圖像信息的便攜式校園植物種類識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于植物葉片圖像信息的向量化，以及向量中各個(gè)分量的選擇、量化和歸一化； 所述的基于植物葉片圖像信息的便攜式校園植物種類識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于向量化后向量的歸一化以及各個(gè)分量權(quán)重的分配； 所述的基于植物葉片圖像信息的便攜式校園植物種類識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于它僅對(duì)一定區(qū)域(如校園)內(nèi)的植物種類進(jìn)行識(shí)別。
【文檔編號(hào)】G06K9/64GK103617430SQ201310433155
【公開(kāi)日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2013年9月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月14日
【發(fā)明者】楊福增, 李偉, 蒲應(yīng)俊, 劉志杰 申請(qǐng)人:西北農(nóng)林科技大學(xué)