无人机遥感模糊图像盲复原及信息提取研究

来源 :山西农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:l87521
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
随着遥感技术的迅速发展,微小无人机遥感平台以其时效高、体积小以及操作简单等特点,其已逐步成为精细农业中作物信息获取的重要途径,也是实现作物产量估计、作物类型识别以及病虫害监测等工作的主要方式。然而由于无人机质量较轻,飞行时易受大气扰动影响、且存在人为操作误差等干扰,导致其在作业时获取到的作物图像容易产生模糊现象,进而对后续的作物识别、信息提取及病虫害监测等研究工作产生严重的影响。为此本研究采用图像盲复原算法对无人机获取到的模糊谷子作物图像进行复原处理,并开展其信息提取的研究。具体研究内容和结论如下:(1)试验区域位于山西省晋中市太谷区中阳村谷子种植基地,图像采集于2019年9月27日,采集时段为下午16:00-18:00,此时的谷子正处于灌浆期。采用大疆科技有限公司生产的Phantom4 Advanced型无人机搭载像素为5474pixel×3648pixel的FC6310可见光相机在作业时获取模糊谷子作物图像,图像采集当天的天气状况良好。此外为了能较准确的提取作物信息及估计谷穗的产量,试验将无人机航行的高度设计为4m,飞行的速度为3m/s,采用垂直方式采集谷子作物图像。此次试验共采集了18张模糊作物图像,为能加快图像复原处理的速度且较好地展现复原效果,将每张作物分割为6个图像块,共得到108个图像块。(2)分别采用三种近年来具有代表性的盲复原算法即基于规范稀疏化的盲复原算法、基于暗通道先验的盲复原算法以及基于学习判别拟合函数的盲复原算法对无人机作业时获取到的模糊作物块进行盲复原处理。并在此基础上,本文提出采用较为新颖的图像重加权总变分(Reweighted Graph Total Variation,RGTV)先验结合hyper-Laplacian的图像盲复原算法对相应的模糊图像块实现去模糊处理,其中RGTV的主要原理是使模糊作物图像的边缘权重恢复到原始清晰图像所具有的双峰分布并去除作物图像所含的噪声,从而得到较为准确的模糊核;hyper-Laplacian先验是利用估计出的模糊核快速实现图像的非盲复原处理,最终得到清晰的复原图像。将三种较为流行算法的复原结果与所提算法的复原结果采用主观视觉评价及客观评价指标值衡量,在此过程中,为能较好地对各算法去模糊的效果进行衡量,本研究将在每次算法复原时的初始模糊核设置为相同的尺寸。实验结果表明,本文提出的算法相对于现有去模糊算法所获取的复原图像,平滑效应显著减弱、含有较少的伪迹;且在大多数情况下,其客观评价指标即信息熵、标准差、均值都较其他三种算法处理后的图像以及原图像所对应的指标值高,其中本研究提出算法处理后图像的信息熵、标准差以及均值较原始模糊图像相应的指标值分别提高2.3%、3.3%、2.1%;并且相较于其他三种算法复原后图像相应指标的最大值分别提高0.28%、8.6%、2.08%。(3)在从复原后的谷子图像中提取作物信息时观察到,处于灌浆后期及快成熟时的谷穗与衰老叶子的颜色特征较为相似,这对采用农用无人机搭载可见光相机进行作物信息的获取将造成一定的干扰。因而,本文首先对从复原图像中截取的谷穗以及叶子进行形态学预处理,而后对谷穗与叶子的具有RST不变性(即对于图像的旋转、比例、平移变化都是不变的)且较为常见的形状与纹理特征参数进行提取,其中形状特征参数包括对谷穗与叶子所具有的圆形度和离散度的提取;纹理特征参数包括对谷穗与叶子所具有的能量、信息熵、对比度及同质性的提取。随后采用SVM分类器,选择常见的核函数实现对谷穗与叶子的分类识别。实验结果表明,多项式核函数最适合本文对谷穗与叶子的分类识别,对二者的平均识别率达到94.83%。随后本研究结合谷子种植经验对其产量进行了估计,准确率达到85.93%。从而实现对无人机模糊作物图像信息的较准确提取及分类识别的目的,并可以较好地实现产量估计。本研究提出的复原算法可以准确地预测出模糊核,有效地抑制图像的振铃效应、以及较好地恢复作物图像的边缘细节等,进而实现了较为准确的作物信息提取以及产量估计。该研究方法对采用无人机搭载可见光相机的低空遥感平台实现较准确的作物信息监测提供了理论支持,且具有一定的借鉴意义。
其他文献
如今,我国的农业在智能化、信息化的道路上发展迅速,与以往的农业相比取得了大幅度提高。然而随着我国城镇化建设的加快,并且人口老龄化的不断加剧,越来越多的年轻人选择外出去大城市打拼,年轻力壮的劳动力大幅度减少,留下种地的基本都是年龄较大的人群。所以,如何提高农业种植的效率,降低农业种植的难度这两个问题摆在了人们的面前。随着我国在人工智能领域的快速发展,无人驾驶技术应运而生,在生活中扮演着越来越难以分割
学位
设施玻璃温室作为设施农业的重要组成部分,在计算机控制系统及各类现代化设备介入温室设施的今天,建立一个通过各项设备的有效操作来改善室内环境因子的控制系统是十分必要的。温室小气候模型的建立是实现温室有效控制的关键环节,温室内温湿度环境因子不仅受温室结构、温室设施以及温室环境的影响,还受室外气候条件的相互影响,故而需要有效调控对温室环境有较大影响的环境因子。本文提出建立基于各生育期作物生长发育最优参数以
学位
台农17号菠萝在生产种植中易发生裂柄现象,其裂柄原因可能与气候条件、养分状况、栽培技术、品种特性等有关,但目前相关研究报道较少。基于前人研究,钙营养对台农17号菠萝裂柄有较大影响,而生产中氮钾钙肥均可能影响植株钙营养。本研究通过田间试验,设置不同氮钾钙施肥处理(CK,常规施肥但不施钙肥;T1,CK基础上施用钙肥;T2,T1基础上增施氮肥;T3,T1基础上增施钾肥;T4,T1基础上同时增施氮钾肥),
学位
槟榔(Areca catechu L.)为中国四大南药之首,有独特的药用与食用价值,在海南农业中占有重要地位,是海南省政府重点支持发展的“三棵树”(椰子树、橡胶树、槟榔树)产业之一。槟榔的活性成分主要是槟榔碱,槟榔碱具有促消化、驱虫、提神和降血压等活性。槟榔青果经加工制成的产品有槟榔干果、槟榔药材、食用槟榔等。对槟榔及其产品中槟榔碱进行检测是质量控制的需要。但目前国内尚无自主研制的槟榔碱有证标准样
学位
胡麻即油用亚麻,是我国北方地区栽培的主要油料作物之一,具有较强的抗逆性,是人们日常生活需求和工业用油的主要来源。胡麻籽中含有多种人体所必须的不饱和脂肪酸,胡麻油中的α-亚麻酸的含量为40%-60%,远高于其他植物食用油。组织特异性启动子能够指导目标基因在特定的器官或组织中表达,可有效避免植物在生长发育的过程中营养的不必要浪费,是植物基因工程中重要的育种手段。本实验分析了前人构建的胡麻组织部位不同发
学位
我国作为农业大国,果蔬产量常居世界首位,但由于果蔬采后处理技术较为落后导致果蔬采后损失较大。对采后新鲜果蔬进行及时的差压通风预冷,可以快速且有效地降低果蔬的质量损失、延长果蔬货架期、扩大销售范围,进一步提升经济效益。然而,在预冷环节中发现,不同种类的果蔬在地域和季节上存在较大的差异,致使采后新鲜果蔬具有不同的最优预冷温度。因此,研究差压预冷温度对提高果蔬预冷品质非常关键。目前,大多数相关研究在评价
学位
科创板作为A股试点注册制的试验田,受到证券监管部门的严格监管。然而,紫晶存储成为科创板开市以来的首批退市公司,备受关注。文章以舞弊三角理论为基础,分析紫晶存储财务舞弊的手段和动机,旨在探索防范科创板企业财务舞弊的对策。
期刊
大豆作为我国的主要经济作物,具有分布范围广,营养价值高,市场需求量大等特点,脂肪含量是评价大豆品质的重要指标之一。传统的化学检测方法比较准确,但是过程很繁琐,耗时且昂贵。近红外光谱检测速度快、操作简便,已经在粮食、作物成分检测领域得到广泛应用。本文基于近红外光谱技术对大豆颗粒样本及粉末样本进行了光谱建模分析,在此基础上验证了颗粒样本光谱用于建立大豆粗脂肪含量检测模型的可行性,对颗粒样本光谱进行特征
学位
依据设施农业精细耕作发展战略,现代化农业朝着规模化、专业化、自动化、节约化及高收益的生产方向发展,对设施作物灌溉的精准性、普及性和易操控性提出了更高要求,极大程度上提升水肥利用率、产量与品质。本研究从设施农业领域中应用的Penman-Monteith模型出发,通过对番茄表型组(株高和茎直径)最大增长率反馈探究温室番茄最佳灌溉量与灌溉模式,采用相关算法建立了“环境-表型”模型,并设计了水肥一体化滴灌
学位
随着人们生活水平的提高,我国的水果消费量逐年增加,对水果品质的要求也越来越高,其中可溶性固形物含量(soluble solids contents,SSC)、硬度是人们最关心的两种内部品质。此外,我国是世界上的水果产量大国,但是水果出口量却很少,在国际市场上缺乏竞争力,主要原因是我国水果采后检测手段落后,所生产的水果品质难以达到进出口国家标准。因此,进行水果品质的无损检测,不仅能够满足消费者对水果
学位