(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210500301.5 (22)申请日 2022.05.09 (71)申请人 南京农业大 学 地址 210000 江苏省南京市浦口区点将台 路40号 (72)发明人 施印炎　刘慧　汪小旵　杨昊霖　 王凤杰　 (74)专利代理 机构 南京先科专利代理事务所 (普通合伙) 32285 专利代理师 何静 (51)Int.Cl. G06V 10/26(2022.01) G06V 10/44(2022.01) G06V 10/48(2022.01) G06V 10/56(2022.01)G06V 10/764(2022.01) G06K 9/62(2022.01) A01C 15/00(2006.01) (54)发明名称 一种离心式撒肥颗粒分布检测方法 (57)摘要 本发明提供了一种离心式撒肥颗粒分布检 测方法， 在每个校准垫上标记多个网格元素， 在 每个网格元素上放置两位数的数字标签， 利用摄 像装置拍取肥料颗粒分布的图像信息， 然后对每 个图像进行独立处理。 本发明基于自定义的IB算 法进行图像特征提取， 基于数学形态学运算及霍 夫变换定义网格区域及数字标签， 选择SVM算法 构建肥料检测分类器， 在进行肥料颗粒检测时先 以分水岭算法提取图像前景坐标， 然后对图像数 据进行预处理并使用分类器识别肥料， 最后利用 非极大值抑制算法对所有窗口进行排序择优， 以 确定最终的检测结果， 进行结果标记与汇总， 据 此进行撒肥机参数校准。 本发明的整个检测过程 更加智能化、 精准化， 有助于提高撒肥机的施肥 效率。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 114863106 A 2022.08.05 CN 114863106 A 1.一种离心式撒肥颗粒分布检测方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 步骤1： 使用人造草皮制作原型校准垫(2)， 在校准垫(2)上设置8个0.5 ×0.5m的方形网 格， 在每个网格元 素上放置两位数的数字标签， 然后将校准垫(2)放置在肥 料播撒区域； 步骤2： 在指定的肥料播撒区域进行肥料撒播， 然后使用摄像机(1)从垂直位置获取校 准垫(2)的原 始图像， 且保证 每个图像包括1～3个网格元 素及其对应的数字标签； 步骤3： 摄像机(1)获取原始图像后传递至高性能计算机平台进行数据处理分析， 首先 对获取的原 始图像进行 预处理， 利用小 波阈值算法去除图像噪音； 步骤4： 进行图像特征提取； 利用自定义的IB算法转化两个二值 图像， 一个二值 图像显 示出网格线及标签， 与图像的黄色分量(IBy)相关， 另一个二值图像显示出肥料颗粒， 与图 像的白色/ 浅棕色分量(IBw)相关； 步骤5： 定义网格区域及数字标签； 基于数学形态学运算获取具有单个网格的二值图像 (IBy1)， 并进行细化处理， 然后使用霍夫变换进行直线检测和连接， 通过连续的迭代过程以 提取至少20个相关线 段； 根据每个线段的角度 θ进 行评估， 提取最能代表网格区域的相关线 段； 步骤6： 基于步骤5识别到的网格区域， 对每 个网格区域进行 单独的肥 料识别计数处 理； 步骤7： 进行结果标记与汇总， 每幅图像输出一对数值， 即输出网格对应的两位数字标 签以及该网格区域肥 料颗粒的数量。 2.根据权利要求1所述的离心式撒肥颗粒分布检测方法， 其特征在于， 所述步骤3 中， 小 波阈值算法处理公式为： 其中， 表示小波估计系数； ωj,k表示小波系数； α 表示控制 变量； n表示 正数， λ表示 通用阈值。 3.根据权利要求1所述的离心式撒肥颗粒分布检测方法， 其特征在于， 所述步骤4的具 体过程如下： 首先提取网格区域及对应数字标签的二值图像(IBy)， 将原始的RGB图像转化为HSV模 型， 提取HSV颜色模 型下网格和数字标签的颜色特征值， 融合HSV颜色模 型下H分量灰度图像 和 S 分 量 灰 度 图 像 ，使 用 初 始 值 tM i n＝ 0 、tM a x＝ 0 . 2 5 以 及 等 式 执行二值化处理， 进 行初始二值化后计 算像素ON的百分比， 百分比低于3％时tMax增加0.005， 重复进行二值化计算处理， 直至百分 比高于3％时结束二 值化处理； 其中， 表示与图像 黄色分量相关的二 值化初始值； 其次， 提取肥料颗 粒的二值化图像(IBw)， 使用原始RGB图像， 提取RGB颜色模型下肥料颜 色特征值， 融合RGB颜色模型下R分量灰度图像、 G分量灰度图像以及B分量灰度图像， 基于 [0,255]的取值范围以及等式权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114863106 A 2IBw＝(2×G‑R‑B＜1)AND(R＞20 0)AND(B＞20 0)执行二值化处理。 4.根据权利要求1所述的离心式撒肥颗粒分布检测方法， 其特征在于， 所述步骤5 中， 数 学形态学运算中的腐蚀运算定义为 其中， A表示原始图像， B表 示结构元 素， z表示 集合； 使用3像素半径邻域作为结构元素进行闭合， 使用十字交叉(3像素厚度， 15像素长度) 作为结构元素进行闭合， 提取单个最大对象， 再使用5像素半径圆盘作为结构元素进行闭 合， 最后提取 单个最大对象， 从而获得 具有单个网格的二 值图像(IBy1)。 5.根据权利要求1所述的离心式撒肥颗粒分布检测方法， 其特征在于， 所述步骤5 中， 提 取最能代表网格区域的相关线段的具体过程为： 根据每个线段的角度 θ进 行评估， 以图像的 垂直轴作为参考， |θ|<15时标记 为近垂直线段， |θ|>85时标记 为近水平线 段， 拒绝标记 其他 角度线段； 接着分别提取两个最相关的水平线段以及两个最相关的垂直线段， 最后计算这 些线段的交点从而定义网格区域， 每个图像定义1～3个网格区域， 最后为定义到的每个四 边形区域 提取二值图像(IBQi,i＝1,2,3)， 其中， i表示网格区域的编号。 6.根据权利要求1所述的离心式撒肥颗粒分布检测方法， 其特征在于， 所述步骤6的具 体过程为： 首先构建模型训练样本集， 确定正负样本点， 根据样本点坐标与肥料图像信息对 图像进行预处理， 然后选择SVM算法的核函数并设定模型参数， 从而构建肥料检测分类器， 在进行肥料颗粒检测时首先以分水岭算法提取图像前景坐标， 然后对图像数据进 行预处理 并使用分类器识别肥料， 以前景坐标为中心 点对肥料图像使用滑动窗口的方法确认是否存 在肥料颗粒并标记， 最后利用非极大值抑制算法对所有窗口进行排序择优， 以确定最终的 检测结果。 7.根据权利要求1所述的离心式撒肥颗粒分布检测方法， 其特征在于， 所述步骤7的具 体过程为： 进 行结果的标记与汇总时首先识别每个网格区域上的子图像并识别其两位数字 标签， 开发结果标记函数， 将两位数字标签在网格区域上方棕色背 景上以白色显示， 将肥料 颗粒总数在绿色背景 上以黑色显示。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114863106 A 3