《农业工程学报》年第32卷第8期刊载了华南农业大学杨意、初麒、杨艳丽、张祥接、徐祥朋与辜松的论文——“基于机器视觉的白掌组培苗在线分级方法”。该研究由国家“”计划资助项目(AA)资助。
白掌在观叶类花卉中占有很大比例,其规模化育苗多采用组织栽培法。在白掌组培苗炼苗前,对其分级可实现不同长势苗水肥单独管理,从而提高出苗品质。目前育苗企业对组培苗分级多采用人工方式,而其他常用自动化分级方法和分级装备多针对球形或类球形的水果和蔬菜,因此该文探讨一种针对白掌组培苗的快速、无损、在线分级方法。
白掌组培苗的分级指标为叶片面积、地径和苗高。白掌为观叶类花卉,叶片面积是其最重要的分级指标,常用叶片面积测量法均需将叶片展平测量,展平动作不仅可能使叶片产生塑性变形也可能会折断叶片和茎秆,且逐片测量叶片面积生产率非常低,而自然状态下,白掌组培苗各叶片倾斜角度不定,也可能存在重叠,常规视觉测量法难以快速、准确地测量其面积。该文从分析其各分级指标与其自然状态下投影面积的关系入手,探索对白掌组培苗的无损分级方法。
由于自然状态下白掌组培苗叶片与放置面夹角具有随机性,因此测量其投影面积需考察不同方向投影面积的偏差。由于白掌通常为基生,叶片呈两行或螺旋状排列,考虑质心的影响,正常生长状态下水平放置的白掌组培苗,其不同面的投影面积虽有差异但不显著,所以研究自然状态下白掌组培苗可使用其单方向投影面积。
测量白掌组培苗叶片面积、地径、苗高和自然状态下投影面积,统计结果显示,其叶片面积与投影面积呈线性关系,相关性程度高,地径与投影面积呈多项式函数关系,相关性程度也较高,但其苗高与投影面积的相关性不高。因此实际分级时,可采用投影面积和苗高作为分级指标。
该文指出对投影面积可使用颜色模板匹配算法。白掌组培苗叶片、茎秆和根部颜色属于不同色度的绿色,因此颜色模板匹配算法以这三个部位的颜色为模板,并根据白掌组培苗的颜色特征调整合适的色深、亮度和色调范围,最终目标是采集到除背景外的整株组培苗图像面积,即为白掌组培苗投影面积,此算法可以避免由于阴影造成的图像过分割。由于组培苗在相机视场中的位置和角度不固定,因此采用最小外接矩形法(MBR)测量苗高,测量时必须首先将彩色图像灰度化、二值化,再对二值化图像求最小矩形,继而得到苗高。
搭建白掌组培苗分级装置,整机试验发现影响分级成功和生产率的因素包含输送间距、输送速度和苗级别。三因素中,输送间距和输送速度对分级成功的影响显著,苗级别的影响最小。在输送间距为0.25米,输送速度0.5米/秒时,分级装置的分级成功率可达96%,生产率可达株/时。
针对企业提出的白掌组培苗快速无损分级问题,该文提出利用投影面积推算其叶片面积和地径的方法是可行的,提出的颜色模板匹配算法测量白掌组培苗投影面积和MBR法测量苗高的算法误差均较小,分级装置的分级成功率可达到96%,生产率可达株/时,此结论对白掌组培苗分级提供了一种间接无损的测量方法,但由于分级速度较快,需要1-2人人工摆苗,后续应开发对应的自动化送苗设备。