南 京 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) 收 稿 日 期 基 金 項(xiàng) 目 國(guó) 家 重 點(diǎn) 研 發(fā) 計(jì) 劃 項(xiàng) 目 子 課 題 作 者 簡(jiǎn) 介 卜俊怡 碩士 研究生 通信 作者 汪小旵 教 授 博 導(dǎo) 主 要從事農(nóng)業(yè) 生物環(huán)境模擬 與控制研究 卜 俊 怡 孫 國(guó) 祥 王 迎 旭 等 基 于 誘 蟲 板 圖 像 的 溫 室 番 茄 作 物 害 蟲 識(shí) 別 與 監(jiān) 測(cè) 方 法 南 京 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) 基 于 誘 蟲 板 圖 像 的 溫 室 番 茄 作 物 害 蟲 識(shí) 別 與 監(jiān) 測(cè) 方 法 卜 俊 怡 孫 國(guó) 祥 王 迎 旭 魏 天 翔 汪 小 旵 南 京 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 工 學(xué) 院 江 蘇 省 現(xiàn) 代 設(shè) 施 農(nóng) 業(yè) 技 術(shù) 與 裝 備 工 程 實(shí) 驗(yàn) 室 江 蘇 南 京 摘 要 目 的 本 文 旨 在 探 索 實(shí) 時(shí) 監(jiān) 測(cè) 溫 室 蟲 情 和 精 準(zhǔn) 防 控 蟲 害 的 方 法 方 法 設(shè) 計(jì) 了 一 種 基 于 誘 蟲 板 圖 像 背 景 均 勻 化 的 自 適 應(yīng) 分 割 方 法 結(jié) 合 基 于 隨 機(jī) 森 林 的 圖 像 識(shí) 別 算 法 識(shí) 別 類 溫 室 番 茄 害 蟲 煙 粉 虱 潛 葉 蠅 果 蠅 和 蚜 蟲 并 計(jì) 數(shù) 該 方 法 首 先 提 取 誘 蟲 板 圖 像 顏 色 模 型 分 量 和 顏 色 模 型 分 量 然 后 分 別 對(duì) 張 圖 像 分 段 調(diào) 整 背 景 灰 度 值 得 到 均 勻 背 景 誘 蟲 板 灰 度 圖 像 再 利 用 最 大 類 間 方 差 法 確 定 閾 值 分 割 圖 像 經(jīng) 形 態(tài) 學(xué) 處 理 后 融 合 張 誘 蟲 板 二 值 圖 像 最 后 提 取 害 蟲 區(qū) 域 的 個(gè) 顏 色 特 征 個(gè) 形 狀 特 征 和 個(gè) 紋 理 特 征 訓(xùn) 練 隨 機(jī) 森 林 以 識(shí) 別 害 蟲 并 計(jì) 數(shù) 結(jié) 果 對(duì) 比 分 析 局 部 閾 值 法 邊 緣 分 割 法 聚 類 法 以 及 本 文 設(shè) 計(jì) 的 自 適 應(yīng) 分 割 方 法 結(jié) 果 表 明 基 于 背 景 均 勻 化 的 自 適 應(yīng) 分 割 方 法 效 果 最 好 平 均 分 割 準(zhǔn) 確 率 為 對(duì) 比 分 析 種 特 征 向 量 組 合 下 隨 機(jī) 森 林 和 神 經(jīng) 網(wǎng) 絡(luò) 種 分 類 方 法 結(jié) 果 表 明 綜 合 顏 色 特 征 向 量 形 狀 特 征 向 量 和 紋 理 特 征 向 量 作 為 輸 入 的 隨 機(jī) 森 林 算 法 識(shí) 別 效 果 更 好 對(duì) 煙 粉 虱 潛 葉 蠅 果 蠅 和 蚜 蟲 的 識(shí) 別 準(zhǔn) 確 率 分 別 為 和 結(jié) 論 本 文 設(shè) 計(jì) 的 方 法 能 夠 實(shí) 現(xiàn) 誘 蟲 板 上 類 害 蟲 的 識(shí) 別 和 計(jì) 數(shù) 可 以 為 溫 室 蟲 情 監(jiān) 測(cè) 與 預(yù) 警 提 供 參 考 關(guān) 鍵 詞 誘 蟲 板 圖 像 背 景 均 勻 化 圖 像 分 割 害 蟲 識(shí) 別 隨 機(jī) 森 林 中 圖 分 類 號(hào) 文 獻(xiàn) 標(biāo) 志 碼 文 章 編 號(hào) 南 京 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) 第 卷 溫 室 高 溫 高 濕 的 環(huán) 境 容 易 引 發(fā) 蟲 害 害 蟲 的 危 害 程 度 和 種 群 密 度 監(jiān) 測(cè) 是 科 學(xué) 防 治 決 策 的 重 要 依 據(jù) 與 人 工 計(jì) 數(shù) 這 一 傳 統(tǒng) 方 式 相 比 計(jì) 算 機(jī) 視 覺 獲 取 害 蟲 信 息 的 方 法 更 為 快 速 和 準(zhǔn) 確 可 為 及 時(shí) 采 取 措 施 防 治 蟲 害 提 供 有 效 技 術(shù) 手 段 目 前 已 有 許 多 學(xué) 者 開 展 了 基 于 圖 像 處 理 的 害 蟲 計(jì) 數(shù) 研 究 工 作 但 對(duì) 于 實(shí) 際 田 間 采 集 圖 像 光 照 不 均 問 題 的 研 究 還 不 夠 充 分 邱 白 晶 等 分 析 蚜 蟲 區(qū) 綠 葉 區(qū) 和 蚜 葉 區(qū) 的 分 量 特 點(diǎn) 通 過 閾 值 法 分 割 圖 像 并 對(duì) 蚜 蟲 進(jìn) 行 計(jì) 數(shù) 楊 信 廷 等 通 過 提 取 空 間 的 分 量 和 空 間 的 分 量 并 利 用 和 算 子 對(duì) 圖 像 進(jìn) 行 邊 緣 分 割 分 離 得 到 粉 虱 和 薊 馬 上 述 研 究 所 用 的 分 割 方 法 雖 然 不 同 但 都 是 利 用 顏 色 空 間 的 轉(zhuǎn) 換 來 增 強(qiáng) 害 蟲 與 背 景 的 對(duì) 比 度 以 達(dá) 到 較 為 理 想 的 分 割 結(jié) 果 此 類 方 法 對(duì) 于 處 理 微 弱 光 照 不 均 現(xiàn) 象 效 果 較 好 但 對(duì) 于 處 理 光 照 不 均 較 為 嚴(yán) 重 的 則 效 果 不 佳 近 年 來 害 蟲 圖 像 識(shí) 別 技 術(shù) 也 在 不 斷 發(fā) 展 如 陸 靜 等 利 用 評(píng) 價(jià) 方 法 從 個(gè) 特 征 參 數(shù) 中 選 取 個(gè) 最 優(yōu) 參 數(shù) 訓(xùn) 練 神 經(jīng) 網(wǎng) 絡(luò) 以 識(shí) 別 稻 飛 虱 張 銀 松 等 利 用 改 進(jìn) 模 型 識(shí) 別 誘 蟲 板 上 的 蚜 蟲 和 潛 葉 蠅 等 利 用 一 種 前 饋 多 層 人 工 神 經(jīng) 網(wǎng) 絡(luò) 識(shí) 別 粉 虱 和 薊 馬 上 述 識(shí) 別 方 法 準(zhǔn) 確 率 都 較 高 但 只 對(duì) 種 或 種 害 蟲 進(jìn) 行 識(shí) 別 和 計(jì) 數(shù) 不 能 滿 足 同 時(shí) 監(jiān) 測(cè) 多 類 害 蟲 的 需 要 本 研 究 針 對(duì) 光 照 嚴(yán) 重 不 均 問 題 提 出 了 一 種 基 于 背 景 均 勻 化 圖 像 的 自 適 應(yīng) 分 割 方 法 提 取 誘 蟲 板 害 蟲 區(qū) 域 并 提 取 害 蟲 顏 色 特 征 形 狀 特 征 和 紋 理 特 征 利 用 一 種 基 于 隨 機(jī) 森 林 的 圖 像 識(shí) 別 方 法 識(shí) 別 類 溫 室 番 茄 作 物 害 蟲 煙 粉 虱 潛 葉 蠅 果 蠅 和 蚜 蟲 實(shí) 現(xiàn) 多 類 溫 室 番 茄 作 物 害 蟲 的 準(zhǔn) 確 識(shí) 別 和 計(jì) 數(shù) 材 料 與 方 法 誘 蟲 板 圖 像 采 集 溫 室 中 危 害 番 茄 的 主 要 蟲 害 是 煙 粉 虱 潛 葉 蠅 果 蠅 和 蚜 蟲 圖 本 試 驗(yàn) 在 種 植 有 黑 玉 一 號(hào) 小 番 茄 的 玻 璃 溫 室 中 安 裝 害 蟲 圖 像 采 集 裝 置 圖 其 主 要 由 不 銹 鋼 框 架 誘 蟲 板 補(bǔ) 光 燈 三 腳 架 和 拍 照 盒 內(nèi) 置 分 辨 率 為 的 攝 像 頭 組 成 根 據(jù) 害 蟲 趨 色 性 原 理 利 用 黃 色 誘 蟲 板 吸 引 害 蟲 再 由 板 上 高 黏 度 膠 粘 住 害 蟲 以 達(dá) 到 誘 捕 效 果 通 過 定 時(shí) 拍 攝 誘 蟲 板 圖 像 并 將 圖 像 傳 輸 至 端 進(jìn) 行 處 理 圖 誘 捕 害 蟲 種 類 圖 害 蟲 圖 像 采 集 裝 置 害 蟲 圖 像 采 集 時(shí) 間 為 年 月 日 至 月 日 在 此 期 間 日 平 均 氣 溫 較 高 誘 蟲 板 誘 捕 害 蟲 種 類 較 為 全 面 且 數(shù) 量 較 多 于 月 日 在 溫 室 內(nèi) 懸 掛 張 誘 蟲 板 放 置 后 于 月 日 利 用 圖 像 采 集 裝 置 拍 攝 這 張 誘 蟲 板 圖 像 用 于 訓(xùn) 練 害 蟲 識(shí) 別 模 型 自 月 日 至 月 日 每 天 采 集 圖 像 用 于 測(cè) 試 每 第 期 卜 俊 怡 等 基 于 誘 蟲 板 圖 像 的 溫 室 番 茄 作 物 害 蟲 識(shí) 別 與 監(jiān) 測(cè) 方 法 隔 更 換 次 誘 蟲 板 基 于 誘 蟲 板 圖 像 背 景 均 勻 化 的 自 適 應(yīng) 分 割 方 法 圖 像 中 特 定 的 具 有 特 殊 性 質(zhì) 的 單 一 或 多 個(gè) 區(qū) 域 稱 之 為 目 標(biāo) 或 前 景 而 其 他 部 分 則 稱 為 圖 像 的 背 景 圖 像 分 割 是 為 了 辨 識(shí) 和 分 析 目 標(biāo) 將 目 標(biāo) 從 圖 像 中 孤 立 出 來 的 過 程 在 誘 蟲 板 圖 像 處 理 中 將 害 蟲 目 標(biāo) 與 誘 蟲 板 背 景 分 割 開 來 是 最 為 關(guān) 鍵 的 一 步 分 割 的 結(jié) 果 將 直 接 影 響 后 續(xù) 目 標(biāo) 害 蟲 識(shí) 別 和 計(jì) 數(shù) 的 效 果 本 試 驗(yàn) 環(huán) 境 導(dǎo) 致 采 集 到 的 誘 蟲 板 圖 像 無 法 避 免 光 照 影 響 原 始 誘 蟲 板 圖 像 亮 度 不 均 因 此 提 出 一 種 圖 像 背 景 均 勻 化 預(yù) 處 理 方 法 通 過 對(duì) 比 發(fā) 現(xiàn) 顏 色 模 型 的 分 量 可 以 增 強(qiáng) 白 色 煙 粉 虱 與 黃 色 誘 蟲 板 的 對(duì) 比 度 顏 色 模 型 的 分 量 可 以 增 強(qiáng) 深 色 潛 葉 蠅 等 害 蟲 與 誘 蟲 板 的 對(duì) 比 度 因 此 分 別 取 原 始 誘 蟲 板 圖 像 的 模 型 分 量 和 模 型 分 量 為 后 續(xù) 步 驟 統(tǒng) 一 將 分 量 與 作 差 得 到 誘 蟲 板 灰 度 圖 像 采 用 大 小 的 窗 口 逐 行 掃 描 圖 像 對(duì) 圖 像 先 后 進(jìn) 行 均 值 濾 波 和 最 小 值 濾 波 得 到 誘 蟲 板 背 景 圖 像 經(jīng) 試 驗(yàn) 為 最 優(yōu) 窗 口 按 公 式 將 誘 蟲 板 灰 度 圖 像 變 換 為 次 均 勻 光 照 圖 像 其 目 的 在 于 縮 小 圖 像 局 部 背 景 的 亮 度 變 化 范 圍 式 中 為 誘 蟲 板 灰 度 圖 像 灰 度 值 為 誘 蟲 板 背 景 圖 像 灰 度 值 為 次 均 勻 光 照 圖 像 灰 度 值 由 圖 可 知 原 始 誘 蟲 板 圖 像 中 陰 影 區(qū) 與 明 亮 區(qū) 的 交 界 區(qū) 域 在 次 均 勻 光 照 圖 像 中 形 成 亮 帶 或 亮 塊 圖 中 由 紅 色 方 框 標(biāo) 出 背 景 亮 度 過 高 導(dǎo) 致 其 與 害 蟲 區(qū) 域 對(duì) 比 度 過 小 圖 光 照 不 均 勻 區(qū) 域 對(duì) 比 圖 圖 次 均 勻 光 照 圖 像 灰 度 值 三 維 截 面 圖 為 實(shí) 現(xiàn) 此 類 區(qū) 域 背 景 均 勻 化 需 了 解 其 灰 度 值 的 變 化 特 征 分 析 次 均 勻 光 照 圖 像 的 灰 度 值 三 維 圖 像 圖 發(fā) 現(xiàn) 亮 帶 和 亮 塊 區(qū) 域 灰 度 值 在 灰 度 區(qū) 間 波 動(dòng) 在 和 灰 度 區(qū) 間 灰 度 值 波 動(dòng) 幅 度 微 小 近 似 呈 直 線 分 布 在 灰 度 區(qū) 間 的 灰 度 值 基 本 呈 線 性 分 布 南 京 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) 第 卷 結(jié) 合 上 述 依 據(jù) 對(duì) 灰 度 區(qū) 間 進(jìn) 行 分 段 調(diào) 整 設(shè) 為 最 小 背 景 灰 度 值 各 灰 度 區(qū) 間 調(diào) 整 參 數(shù) 的 計(jì) 算 公 式 如 式 所 示 最 后 通 過 調(diào) 整 公 式 獲 得 最 終 均 勻 背 景 誘 蟲 板 圖 像 式 中 為 均 勻 背 景 圖 像 灰 度 值 在 以 及 區(qū) 間 圖 像 灰 度 依 次 收 縮 倍 倍 和 倍 使 背 景 灰 度 值 在 區(qū) 間 波 動(dòng) 以 達(dá) 到 均 勻 背 景 的 效 果 經(jīng) 背 景 均 勻 化 操 作 后 害 蟲 目 標(biāo) 與 誘 蟲 板 背 景 對(duì) 比 度 顯 著 增 強(qiáng) 再 通 過 最 大 類 間 方 差 法 確 定 閾 值 對(duì) 誘 蟲 板 圖 像 進(jìn) 行 全 局 閾 值 分 割 得 到 誘 蟲 板 二 值 圖 像 對(duì) 二 值 圖 像 進(jìn) 行 形 態(tài) 學(xué) 膨 脹 孔 洞 填 充 和 腐 蝕 算 法 處 理 去 除 部 分 細(xì) 微 干 擾 填 補(bǔ) 害 蟲 區(qū) 域 縫 隙 使 害 蟲 區(qū) 域 更 加 清 晰 連 貫 將 顏 色 模 型 分 量 圖 像 分 割 后 得 到 的 二 值 圖 像 與 顏 色 模 型 分 量 圖 像 分 割 后 得 到 的 二 值 圖 像 融 合 獲 得 最 終 誘 蟲 板 二 值 圖 像 標(biāo) 定 害 蟲 區(qū) 域 為 后 續(xù) 提 取 特 征 做 好 準(zhǔn) 備 算 法 流 程 如 圖 所 示 圖 基 于 背 景 均 勻 化 的 誘 蟲 板 圖 像 自 適 應(yīng) 分 割 方 法 流 程 基 于 隨 機(jī) 森 林 的 多 類 害 蟲 識(shí) 別 方 法 溫 室 害 蟲 特 征 提 取 常 用 圖 像 特 征 包 括 顏 色 特 征 形 狀 特 征 和 紋 理 特 征 等 作 為 分 類 器 的 輸 入 特 征 參 數(shù) 的 好 壞 對(duì) 分 類 器 的 泛 化 能 力 具 有 至 關(guān) 重 要 的 影 響 根 據(jù) 煙 粉 虱 潛 葉 蠅 果 蠅 和 蚜 蟲 的 圖 像 特 點(diǎn) 提 取 以 下 特 征 顏 色 特 征 煙 粉 虱 呈 淡 黃 白 色 潛 葉 蠅 主 要 為 灰 褐 色 腿 脛 節(jié) 呈 灰 黃 色 果 蠅 蟲 體 以 黃 褐 色 居 多 第 期 卜 俊 怡 等 基 于 誘 蟲 板 圖 像 的 溫 室 番 茄 作 物 害 蟲 識(shí) 別 與 監(jiān) 測(cè) 方 法 頭 部 復(fù) 眼 呈 鮮 紅 色 有 翅 蚜 蟲 體 色 多 為 黑 色 取 顏 色 模 型 顏 色 模 型 各 分 量 的 一 階 矩 共 個(gè) 參 數(shù) 作 為 顏 色 特 征 形 狀 特 征 煙 粉 虱 體 長(zhǎng) 靜 止 時(shí) 兩 翅 合 攏 呈 屋 脊 狀 潛 葉 蠅 成 蟲 體 長(zhǎng) 果 蠅 屬 小 型 蠅 類 體 長(zhǎng) 蚜 蟲 體 長(zhǎng) 大 多 約 為 取 面 積 周 長(zhǎng) 長(zhǎng) 軸 長(zhǎng) 度 短 軸 長(zhǎng) 度 寬 長(zhǎng) 比 復(fù) 雜 度 橢 圓 度 和 離 心 率 個(gè) 參 數(shù) 作 為 形 狀 特 征 紋 理 特 征 用 刻 畫 圖 像 中 重 復(fù) 出 現(xiàn) 的 局 部 模 式 和 排 列 規(guī) 則 反 映 害 蟲 的 表 面 特 性 較 為 經(jīng) 典 的 紋 理 特 征 提 取 方 法 是 灰 度 共 生 矩 陣 方 法 其 通 過 統(tǒng) 計(jì) 不 同 灰 度 對(duì) 的 共 現(xiàn) 頻 率 得 到 灰 度 共 生 矩 陣 可 通 過 一 系 列 統(tǒng) 計(jì) 量 表 征 矩 陣 特 征 取 害 蟲 灰 度 圖 像 的 均 值 對(duì) 比 度 均 勻 性 三 階 矩 相 關(guān) 性 和 熵 個(gè) 參 數(shù) 作 為 紋 理 特 征 害 蟲 分 類 算 法 設(shè) 計(jì) 決 策 樹 是 一 種 利 用 樹 形 結(jié) 構(gòu) 進(jìn) 行 決 策 的 算 法 對(duì) 于 樣 本 數(shù) 據(jù) 根 據(jù) 特 征 進(jìn) 行 分 叉 最 終 建 立 棵 樹 樹 的 葉 子 節(jié) 點(diǎn) 標(biāo) 識(shí) 最 終 決 策 決 策 樹 算 法 包 括 等 其 中 算 法 采 用 信 息 增 益 最 大 的 屬 性 作 為 分 類 屬 性 進(jìn) 行 分 類 直 到 所 有 節(jié) 點(diǎn) 分 類 熵 值 為 分 類 熵 和 信 息 增 益 的 定 義 如 公 式 和 所 示 式 中 為 樣 本 為 樣 本 類 別 數(shù) 為 目 標(biāo) 屬 性 的 第 個(gè) 值 所 對(duì) 應(yīng) 的 樣 本 在 總 樣 本 中 所 占 的 比 例 為 決 策 屬 性 的 值 域 為 屬 性 的 值 為 的 樣 本 數(shù) 量 為 總 樣 本 數(shù) 量 算 法 是 對(duì) 算 法 的 改 進(jìn) 該 算 法 加 入 了 前 剪 枝 的 步 驟 并 采 用 信 息 增 益 率 來 選 擇 決 策 屬 性 定 義 如 式 所 示 式 中 為 屬 性 的 值 為 的 樣 本 數(shù) 量 隨 機(jī) 森 林 的 實(shí) 質(zhì) 是 一 個(gè) 將 決 策 樹 用 于 袋 裝 算 法 的 模 型 本 文 利 用 隨 機(jī) 森 林 算 法 識(shí) 別 害 蟲 其 步 驟 包 括 從 樣 本 集 中 有 放 回 隨 機(jī) 選 擇 個(gè) 樣 本 從 所 有 特 征 中 隨 機(jī) 抽 取 個(gè) 特 征 對(duì) 選 出 的 樣 本 利 用 這 些 特 征 建 立 決 策 樹 經(jīng) 對(duì) 比 選 擇 算 法 重 復(fù) 以 上 兩 步 次 得 到 個(gè) 決 策 樹 形 成 隨 機(jī) 森 林 訓(xùn) 練 結(jié) 束 后 利 用 每 棵 決 策 樹 對(duì) 測(cè) 試 樣 本 進(jìn) 行 分 類 并 采 取 投 票 的 方 式 決 定 該 樣 本 的 最 終 分 類 結(jié) 果 與 分 析 誘 蟲 板 圖 像 自 適 應(yīng) 分 割 結(jié) 果 與 分 析 基 于 背 景 均 勻 化 的 圖 像 分 割 結(jié) 果 根 據(jù) 上 述 基 于 背 景 均 勻 化 的 圖 像 自 適 應(yīng) 分 割 方 法 得 到 誘 蟲 板 圖 像 分 割 結(jié) 果 如 圖 所 示 其 中 圖 和 圖 分 別 為 顏 色 模 型 條 件 下 分 量 灰 度 圖 像 和 顏 色 模 型 條 件 下 分 量 灰 度 圖 像 經(jīng) 濾 波 后 得 到 的 誘 蟲 板 背 景 圖 像 背 景 規(guī) 范 化 后 的 次 均 勻 光 照 圖 像 以 及 對(duì) 比 度 分 段 補(bǔ) 償 后 的 均 勻 背 景 誘 蟲 板 圖 像 將 分 量 灰 度 圖 像 和 分 量 灰 度 圖 像 二 值 化 后 融 合 得 到 最 終 誘 蟲 板 二 值 圖 像 圖 對(duì) 比 原 始 誘 蟲 板 圖 像 圖 可 知 本 文 設(shè) 計(jì) 的 分 割 方 法 對(duì) 處 理 害 蟲 目 標(biāo) 與 背 景 對(duì) 比 度 較 差 的 圖 像 效 果 較 好 圖 為 本 文 分 割 方 法 在 不 同 光 照 強(qiáng) 度 下 對(duì) 誘 蟲 板 的 分 割 效 果 其 中 圖 分 別 為 月 日 月 日 和 月 日 不 同 光 照 強(qiáng) 度 下 所 拍 攝 的 誘 蟲 板 圖 像 圖 則 為 對(duì) 應(yīng) 的 誘 蟲 板 二 值 圖 像 由 于 篇 幅 限 制 無 法 列 出 全 部 張 誘 蟲 板 圖 像 但 所 選 出 的 張 圖 像 具 有 一 定 的 代 表 性 由 圖 可 知 本 文 方 法 對(duì) 分 割 不 同 光 照 強(qiáng) 度 下 的 誘 蟲 板 圖 像 具 有 較 好 的 適 應(yīng) 性 南 京 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) 第 卷 圖 基 于 背 景 均 勻 化 的 誘 蟲 板 圖 像 分 割 結(jié) 果 圖 不 同 光 照 強(qiáng) 度 背 景 下 誘 蟲 板 圖 像 分 割 效 果 基 于 背 景 均 勻 化 的 圖 像 分 割 方 法 分 析 圖 分 別 為 顏 色 模 型 分 量 灰 度 圖 像 和 顏 色 模 型 分 量 灰 度 圖 像 未 經(jīng) 過 背 景 均 勻 化 預(yù) 處 理 和 經(jīng) 過 預(yù) 處 理 的 誘 蟲 板 灰 度 值 三 維 圖 像 未 經(jīng) 預(yù) 處 理 的 背 景 區(qū) 域 呈 山 脈 狀 與 灰 度 值 較 低 的 目 標(biāo) 區(qū) 域 差 異 較 小 而 經(jīng) 過 預(yù) 處 理 的 背 景 區(qū) 域 呈 平 原 狀 且 與 目 標(biāo) 區(qū) 域 的 對(duì) 比 度 明 顯 增 強(qiáng) 經(jīng) 預(yù) 處 理 后 所 得 的 均 勻 背 景 誘 蟲 板 圖 像 仍 為 灰 度 圖 本 文 通 過 最 大 類 間 方 差 法 第 期 卜 俊 怡 等 基 于 誘 蟲 板 圖 像 的 溫 室 番 茄 作 物 害 蟲 識(shí) 別 與 監(jiān) 測(cè) 方 法 確 定 閾 值 分 割 圖 像 為 驗(yàn) 證 本 文 所 提 出 的 基 于 背 景 均 勻 化 的 自 適 應(yīng) 分 割 方 法 的 有 效 性 將 此 方 法 與 局 部 閾 值 法 邊 緣 分 割 法 以 及 聚 類 法 進(jìn) 行 對(duì) 比 表 以 害 蟲 錯(cuò) 誤 提 取 率 害 蟲 漏 取 率 和 分 割 準(zhǔn) 確 率 作 為 評(píng) 判 標(biāo) 準(zhǔn) 公 式 如 下 式 中 為 害 蟲 漏 提 取 數(shù) 量 為 害 蟲 錯(cuò) 誤 提 取 數(shù) 量 為 害 蟲 正 確 提 取 數(shù) 量 為 人 工 計(jì) 數(shù) 的 實(shí) 際 害 蟲 總 數(shù) 量 為 自 動(dòng) 計(jì) 數(shù) 的 害 蟲 總 數(shù) 量 圖 誘 蟲 板 分 量 和 分 量 灰 度 值 三 維 圖 像 表 各 算 法 的 害 蟲 錯(cuò) 誤 提 取 率 害 蟲 漏 取 率 和 分 割 準(zhǔn) 確 率 對(duì) 比 算 法 名 稱 未 經(jīng) 背 景 均 勻 化 處 理 經(jīng) 背 景 均 勻 化 處 理 后 最 大 類 間 方 差 法 邊 緣 分 割 法 局 部 閾 值 法 聚 類 法 通 過 對(duì) 比 發(fā) 現(xiàn) 經(jīng) 背 景 均 勻 化 處 理 后 的 圖 像 分 割 效 果 明 顯 優(yōu) 于 未 經(jīng) 背 景 均 勻 化 處 理 的 圖 像 經(jīng) 背 景 均 勻 化 處 理 后 利 用 最 大 類 間 方 差 法 分 割 的 圖 像 平 均 害 蟲 錯(cuò) 誤 提 取 率 最 低 為 分 割 準(zhǔn) 確 率 為 南 京 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) 第 卷 邊 緣 分 割 方 法 平 均 分 割 準(zhǔn) 確 率 最 高 但 不 足 之 處 在 于 對(duì) 圖 像 噪 聲 過 于 敏 感 將 噪 聲 分 割 成 害 蟲 的 情 況 較 多 導(dǎo) 致 平 均 害 蟲 錯(cuò) 誤 提 取 率 較 高 局 部 閾 值 法 以 單 一 像 素 點(diǎn) 為 中 心 根 據(jù) 此 像 素 點(diǎn) 鄰 域 內(nèi) 標(biāo) 準(zhǔn) 方 差 和 灰 度 值 計(jì) 算 該 像 素 點(diǎn) 的 閾 值 這 一 方 法 可 以 較 好 地 分 離 目 標(biāo) 害 蟲 和 背 景 但 同 時(shí) 也 會(huì) 產(chǎn) 生 較 嚴(yán) 重 的 偽 影 導(dǎo) 致 分 割 出 的 目 標(biāo) 害 蟲 的 形 狀 有 所 缺 失 不 利 于 下 一 步 的 識(shí) 別 工 作 聚 類 法 其 實(shí) 質(zhì) 也 是 按 灰 度 值 將 前 后 景 分 開 因 此 當(dāng) 光 照 不 均 勻 時(shí) 此 方 法 獲 取 的 分 割 標(biāo) 準(zhǔn) 并 不 合 適 對(duì) 比 利 用 種 分 割 算 法 分 割 月 日 至 月 日 所 獲 取 的 誘 蟲 板 圖 像 得 到 的 害 蟲 個(gè) 數(shù) 和 人 工 計(jì) 數(shù) 結(jié) 果 圖 發(fā) 現(xiàn) 本 文 設(shè) 計(jì) 的 分 割 算 法 得 到 的 害 蟲 數(shù) 量 與 人 工 計(jì) 數(shù) 結(jié) 果 最 為 相 近 邊 緣 分 割 算 法 分 割 出 的 害 蟲 數(shù) 量 大 多 比 人 工 計(jì) 數(shù) 結(jié) 果 略 多 局 部 閾 值 法 分 割 結(jié) 果 在 單 日 害 蟲 數(shù) 目 較 多 的 情 況 下 與 人 工 計(jì) 數(shù) 結(jié) 果 相 差 較 大 聚 類 法 的 計(jì) 數(shù) 結(jié) 果 比 人 工 計(jì) 數(shù) 結(jié) 果 總 體 偏 小 圖 人 工 計(jì) 數(shù) 方 式 和 種 自 動(dòng) 分 割 算 法 得 到 的 害 蟲 數(shù) 量 對(duì) 比 另 外 通 過 對(duì) 比 發(fā) 現(xiàn) 光 照 越 弱 時(shí) 往 往 害 蟲 漏 取 率 越 高 這 是 因 為 當(dāng) 光 照 較 弱 時(shí) 煙 粉 虱 與 誘 蟲 板 的 顏 色 對(duì) 比 非 常 不 明 顯 即 使 對(duì) 圖 像 進(jìn) 行 了 對(duì) 比 度 補(bǔ) 償 在 圖 像 暗 區(qū) 還 是 存 在 煙 粉 虱 的 漏 取 情 況 當(dāng) 光 照 越 強(qiáng) 時(shí) 一 般 害 蟲 錯(cuò) 誤 提 取 率 越 高 這 是 由 于 誘 蟲 板 黏 劑 產(chǎn) 生 的 反 光 點(diǎn) 亮 度 過 高 而 被 錯(cuò) 誤 識(shí) 別 為 煙 粉 虱 害 蟲 總 的 來 說 相 較 于 弱 光 照 強(qiáng) 度 當(dāng) 光 照 強(qiáng) 度 較 強(qiáng) 時(shí) 害 蟲 分 割 準(zhǔn) 確 率 較 高 誘 蟲 板 害 蟲 分 類 識(shí) 別 結(jié) 果 與 分 析 誘 蟲 板 害 蟲 分 類 結(jié) 果 選 取 月 日 至 月 日 采 集 的 張 誘 蟲 板 圖 像 中 頭 煙 粉 虱 頭 潛 葉 蠅 頭 果 蠅 和 頭 蚜 蟲 按 比 例 隨 機(jī) 分 為 訓(xùn) 練 樣 本 即 頭 煙 粉 虱 頭 潛 葉 蠅 頭 果 蠅 和 頭 蚜 蟲 和 測(cè) 試 樣 本 頭 煙 粉 虱 頭 潛 葉 蠅 頭 果 蠅 和 頭 蚜 蟲 提 取 并 歸 一 化 害 蟲 顏 色 特 征 形 狀 特 征 和 紋 理 特 征 共 個(gè) 特 征 參 數(shù) 作 為 分 類 器 的 輸 入 隨 機(jī) 選 取 特 征 生 成 棵 決 策 樹 訓(xùn) 練 隨 機(jī) 森 林 分 類 效 果 如 圖 所 示 害 蟲 識(shí) 別 方 法 分 析 設(shè) 顏 色 特 征 向 量 形 狀 特 征 向 量 紋 理 特 征 向 量 組 合 不 同 特 征 向 量 輸 入 分 類 器 對(duì) 比 神 經(jīng) 網(wǎng) 絡(luò) 和 隨 機(jī) 森 林 的 識(shí) 別 準(zhǔn) 確 率 表 發(fā) 現(xiàn) 輸 入 單 一 特 征 向 量 得 到 的 害 蟲 識(shí) 別 率 最 低 但 其 中 輸 入 顏 色 特 征 向 量 的 效 果 最 好 這 一 結(jié) 果 符 合 人 眼 的 直 觀 感 覺 種 特 征 向 量 兩 兩 組 合 組 合 的 識(shí) 別 率 高 于 另 外 組 當(dāng) 組 合 在 一 起 時(shí) 害 蟲 識(shí) 別 準(zhǔn) 確 率 最 高 隨 機(jī) 森 林 的 識(shí) 別 準(zhǔn) 確 率 為 算 法 的 識(shí) 別 準(zhǔn) 確 率 為 神 經(jīng) 網(wǎng) 絡(luò) 的 識(shí) 別 準(zhǔn) 確 率 為 第 期 卜 俊 怡 等 基 于 誘 蟲 板 圖 像 的 溫 室 番 茄 作 物 害 蟲 識(shí) 別 與 監(jiān) 測(cè) 方 法 圖 隨 機(jī) 森 林 算 法 的 分 類 效 果 煙 粉 虱 潛 葉 蠅 果 蠅 蚜 蟲 表 不 同 識(shí) 別 算 法 不 同 特 征 向 量 組 合 下 的 目 標(biāo) 害 蟲 識(shí) 別 準(zhǔn) 確 率 特 征 向 量 害 蟲 識(shí) 別 準(zhǔn) 確 率 神 經(jīng) 網(wǎng) 絡(luò) 隨 機(jī) 森 林 特 征 向 量 害 蟲 識(shí) 別 準(zhǔn) 確 率 神 經(jīng) 網(wǎng) 絡(luò) 隨 機(jī) 森 林 注 顏 色 特 征 向 量 形 狀 特 征 向 量 紋 理 特 征 向 量 圖 人 工 計(jì) 數(shù) 和 本 文 自 動(dòng) 識(shí) 別 算 法 得 到 的 類 害 蟲 數(shù) 量 對(duì) 比 圖 分 別 為 月 日 至 月 日 煙 粉 虱 潛 葉 蠅 果 蠅 和 蚜 蟲 通 過 人 工 計(jì) 數(shù) 方 式 和 自 動(dòng) 識(shí) 別 計(jì) 數(shù) 方 式 得 到 的 害 蟲 數(shù) 量 經(jīng) 統(tǒng) 計(jì) 類 害 蟲 的 總 體 識(shí) 別 準(zhǔn) 確 率 分 別 為 和 從 圖 發(fā) 現(xiàn) 月 煙 粉 虱 數(shù) 量 較 月 有 所 增 長(zhǎng) 月 初 和 月 初 為 煙 粉 虱 數(shù) 量 的 個(gè) 高 峰 期 潛 南 京 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) 第 卷 葉 蠅 數(shù) 量 變 化 趨 勢(shì) 與 煙 粉 虱 相 反 月 數(shù) 量 略 多 于 月 果 蠅 和 蚜 蟲 的 數(shù) 量 也 是 呈 增 長(zhǎng) 趨 勢(shì) 總 體 上 煙 粉 虱 果 蠅 和 蚜 蟲 在 月 末 月 初 數(shù) 量 達(dá) 到 峰 值 潛 葉 蠅 數(shù) 量 則 為 最 低 值 由 此 可 知 不 同 種 類 害 蟲 在 不 同 時(shí) 期 的 數(shù) 量 變 化 是 不 同 的 而 本 文 所 設(shè) 計(jì) 的 識(shí) 別 計(jì) 數(shù) 算 法 可 以 為 監(jiān) 測(cè) 害 蟲 動(dòng) 態(tài) 提 供 數(shù) 據(jù) 支 持 結(jié) 論 在 誘 蟲 板 圖 像 光 照 不 均 前 提 下 為 實(shí) 現(xiàn) 對(duì) 溫 室 番 茄 作 物 害 蟲 煙 粉 虱 潛 葉 蠅 果 蠅 和 蚜 蟲 進(jìn) 行 準(zhǔn) 確 識(shí) 別 和 計(jì) 數(shù) 本 文 提 出 了 基 于 背 景 均 勻 化 的 自 適 應(yīng) 分 割 方 法 和 基 于 隨 機(jī) 森 林 的 識(shí) 別 算 法 結(jié) 果 表 明 基 于 背 景 均 勻 化 的 自 適 應(yīng) 分 割 方 法 能 夠 有 效 解 決 實(shí) 際 環(huán) 境 下 誘 蟲 板 圖 像 光 照 不 均 現(xiàn) 象 平 均 分 割 準(zhǔn) 確 率 為 剔 除 錯(cuò) 誤 分 割 的 害 蟲 區(qū) 域 包 括 誘 蟲 板 表 面 黏 劑 反 光 區(qū) 域 和 塵 埃 顆 粒 等 干 擾 是 算 法 可 優(yōu) 化 的 方 向 之 一 基 于 隨 機(jī) 森 林 的 識(shí) 別 算 法 通 過 提 取 顏 色 形 狀 和 紋 理 共 個(gè) 特 征 參 數(shù) 對(duì) 害 蟲 進(jìn) 行 分 類 平 均 害 蟲 識(shí) 別 準(zhǔn) 確 率 達(dá) 到 可 以 較 好 地 識(shí) 別 類 害 蟲 達(dá) 到 精 確 計(jì) 數(shù) 的 要 求 綜 合 利 用 基 于 背 景 均 勻 化 的 自 適 應(yīng) 分 割 方 法 和 基 于 隨 機(jī) 森 林 的 識(shí) 別 算 法 在 內(nèi) 對(duì) 溫 室 番 茄 害 蟲 煙 粉 虱 潛 葉 蠅 果 蠅 和 蚜 蟲 進(jìn) 行 識(shí) 別 和 計(jì) 數(shù) 總 體 識(shí) 別 準(zhǔn) 確 率 分 別 為 和 參 考 文 獻(xiàn) 陳 梅 香 楊 信 廷 石 寶 才 等 害 蟲 自 動(dòng) 識(shí) 別 與 計(jì) 數(shù) 技 術(shù) 研 究 進(jìn) 展 與 展 望 環(huán) 境 昆 蟲 學(xué) 報(bào) 胡 雅 輝 高 靈 旺 煙 粉 虱 成 蟲 密 度 自 動(dòng) 計(jì) 數(shù) 系 統(tǒng) 應(yīng) 用 昆 蟲 學(xué) 報(bào) 陳 梅 香 郭 繼 英 許 建 平 等 梨 小 食 心 蟲 自 動(dòng) 監(jiān) 測(cè) 識(shí) 別 計(jì) 數(shù) 系 統(tǒng) 研 制 環(huán) 境 昆 蟲 學(xué) 報(bào) 陳 樹 越 吳 正 林 朱 軍 等 基 于 凹 點(diǎn) 檢 測(cè) 的 糧 倉(cāng) 粘 連 害 蟲 圖 像 分 割 算 法 計(jì) 算 機(jī) 工 程 陳 月 華 胡 曉 光 張 長(zhǎng) 利 基 于 機(jī) 器 視 覺 的 小 麥 害 蟲 分 割 算 法 研 究 農(nóng) 業(yè) 工 程 學(xué) 報(bào) 王 志 彬 王 開 義 張 水 發(fā) 等 基 于 聚 類 和 橢 圓 擬 合 方 法 的 白 粉 虱 計(jì) 數(shù) 算 法 農(nóng) 業(yè) 工 程 學(xué) 報(bào) 齊 龍 蔣 郁 李 澤 華 等 基 于 顯 微 圖 像 處 理 的 稻 瘟 病 菌 孢 子 自 動(dòng) 檢 測(cè) 與 計(jì) 數(shù) 方 法 農(nóng) 業(yè) 工 程 學(xué) 報(bào) 邱 白 晶 王 天 波 李 娟 娟 等 黃 瓜 蚜 蟲 的 圖 像 識(shí) 別 與 計(jì) 數(shù) 方 法 農(nóng) 業(yè) 機(jī) 械 學(xué) 報(bào) 楊 信 廷 劉 蒙 蒙 許 建 平 等 自 動(dòng) 監(jiān) 測(cè) 裝 置 用 溫 室 粉 虱 和 薊 馬 成 蟲 圖 像 分 割 識(shí) 別 算 法 農(nóng) 業(yè) 工 程 學(xué) 報(bào) 第 期 卜 俊 怡 等 基 于 誘 蟲 板 圖 像 的 溫 室 番 茄 作 物 害 蟲 識(shí) 別 與 監(jiān) 測(cè) 方 法 陳 名 楊 慧 中 基 于 種 子 點(diǎn) 替 代 像 素 塊 算 法 的 粘 連 細(xì) 胞 圖 像 分 割 南 京 理 工 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) 林 相 澤 張 俊 媛 朱 賽 華 等 基 于 和 正 交 匹 配 追 蹤 稀 疏 表 示 的 稻 飛 虱 圖 像 分 類 方 法 農(nóng) 業(yè) 工 程 學(xué) 報(bào) 苗 海 委 周 慧 玲 基 于 深 度 學(xué) 習(xí) 的 粘 蟲 板 儲(chǔ) 糧 害 蟲 圖 像 檢 測(cè) 算 法 的 研 究 中 國(guó) 糧 油 學(xué) 報(bào) 謝 成 軍 李 瑞 董 偉 等 基 于 稀 疏 編 碼 金 字 塔 模 型 的 農(nóng) 田 害 蟲 圖 像 識(shí) 別 農(nóng) 業(yè) 工 程 學(xué) 報(bào) 陸 靜 王 家 亮 朱 賽 華 等 基 于 特 征 優(yōu) 化 的 稻 飛 虱 圖 像 分 類 南 京 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) 張 銀 松 趙 銀 娣 袁 慕 策 基 于 改 進(jìn) 模 型 的 粘 蟲 板 圖 像 昆 蟲 識(shí) 別 與 計(jì) 數(shù) 中 國(guó) 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) 賀 志 明 不 均 勻 光 照 文 本 圖 像 的 二 值 化 上 海 工 程 技 術(shù) 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) 責(zé) 任 編 輯 夏 愛 紅