一種基于植物葉片圖像信息的便攜式校園植物種類識別系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于植物葉片圖像信息的便攜式校園植物種類識別系統(tǒng)。包括：圖像采集單元，處理器單元，存儲器，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。圖像采集單元負責(zé)植物葉片的圖像采集，處理器單元主要負責(zé)植物葉片圖像處理和識別，存儲器中存儲校園植物葉片的圖像信息以及植物相關(guān)的詳細信息，顯示屏用來顯示識別結(jié)果，用戶交互按鈕主要負責(zé)用戶與系統(tǒng)的交互。處理器對采集到的植物葉片圖像信息首先進行預(yù)處理，然后進行特征提取并向量化，通過計算被識別植物葉片向量與存儲器中植物葉片向量間的距離來識別植物。本發(fā)明可以方便地通過植物葉片圖像信息來識別校園植物，有重要的實用價值。
【專利說明】一種基于植物葉片圖像信息的便攜式校園植物種類識別系統(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別系統(tǒng)的開發(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，對環(huán)境保護也有重要意義。而植物種類的識別是一項非常重要但又極具挑戰(zhàn)性的工作。因此如果能開發(fā)一個能自動識別植物種類的便攜式系統(tǒng)，它將對植物的分類和管理有很高的實用價值。地球上的植物種類繁多，要開發(fā)一種能識別所有植物的系統(tǒng)是不太現(xiàn)實的。通過圖像技術(shù)識別植物種類，最好的特征是植物的葉片。目前市場上實用的植物種類自動識別系統(tǒng)并不多見。植物種類的自動識別系統(tǒng)是未來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]為了實現(xiàn)植物種類的自動快速識別，開發(fā)了這個基于植物葉片圖像信息的便攜式校園植物種類識別系統(tǒng)。它屬于嵌入式系統(tǒng)，體積小便于攜帶。它僅對一定區(qū)域內(nèi)的植物種類進行識別，這就大大提高了該系統(tǒng)的準確率和識別速度。通過采集一個區(qū)域(如校園)內(nèi)植物的葉片圖像信息，經(jīng)過簡單的圖像處理(包括圖像灰度化、二值化、去除噪聲和特征提取)，建立一個植物葉片圖像信息的數(shù)據(jù)庫，然后通過圖像檢索算法，計算系統(tǒng)采集到的圖像與數(shù)據(jù)庫中葉片圖像的相似度，從而識別出被識別植物葉片的種類。
[0004]本發(fā)明為了解決上述問題所采用的技術(shù)方案如下:
[0005]整個系統(tǒng)由負責(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)庫存儲器、以及負責(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，把葉片鋪展平放在白色背景框上，這樣通過DSP對得到的數(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，葉片面積和輪廓周長對植物種類的識別很重要。
[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、最小外接矩形的長寬比、平行脈或網(wǎng)狀脈、葉片顏色、葉片的輪廓周長平方與面積比、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。
[0008]向量化后的數(shù)據(jù)不能直接使用，還要把各個分量進行歸一化，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DSP對采集到的數(shù)字圖像進行處理，得到表示各個葉片圖像信息的向量存儲在數(shù)據(jù)庫中，并把該植物的詳細信息以文本形式存儲起來供用戶使用。
[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，然后計算該葉片圖像向量與數(shù)據(jù)庫中的各個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，用戶可以通過用戶交互按鈕手動選擇自己要找的植物葉片，然后選擇被識別植物來獲取更多有關(guān)被識別植物的詳細信息。
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別系統(tǒng)，主要包括:圖像采集單元，處理器單元，存儲器，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，白色背景框是一個邊長為15cm正方形白色平板，采集圖像時將葉片平鋪在白色背景框上，這樣得到的圖像噪聲較小，便于圖像的進一步處理而且可以方便地計算圖像的實際面積和周長； 所述的基于植物葉片圖像信息的便攜式校園植物種類識別系統(tǒng)，其特征在于以DSP作為圖像處理芯片，用ARM芯片作為整個系統(tǒng)的總處理器來控制和協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)各個部分間的工作； 所述的基于植物葉片圖像信息的便攜式校園植物種類識別系統(tǒng)，其特征在于用戶可以通過交互按鈕與系統(tǒng)進行交互，這樣保證了系統(tǒng)識別的準確性和靈活性； 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別系統(tǒng)，其特征在于向量化后向量的歸一化以及各個分量權(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別系統(tǒng)，其特征在于它僅對一定區(qū)域(如校園)內(nèi)的植物種類進行識別。
【文檔編號】G06K9/64GK103617430SQ201310433155
【公開日】2014年3月5日 申請日期: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 申請人:西北農(nóng)林科技大學(xué)