用彩色图像提取植物特征的研究

1、用彩色图像提取植物特征的研究    摘要  本文介绍了一种基于计算机视觉的快速植物识别算法，能够快速正确地将植物从复杂的土壤背景中识别出来，从而满足实时地为后续变量控制提供信号的要求。利用AOI测试工具，采集了不同土壤、作物残留物以及各种光照条件下植物的图像进行处理，通过提取图像中每一个像素的R、G、B三个分量值计算出（2GRB）过绿颜色特征值，将彩色图像转变成灰度图像显示。    关键词  计算机视觉；图像处理；AOI；作物识别；像素  1概述 借助于计算机视觉技术的智能化，能快速识

2、别出植物，判断其覆盖率，并确定其位置，有针对性地采取措施。这不仅能能降低投入，而且对我国温室精确种植和设施农业着重要的经济意义和实际价值。随着计算机软硬件性能价格比的提高，特别是近十年来计算机技术在各个领域的渗透，利用计算机视觉技术来取得植物特征并作进一步分析已经变得切实可行1。 本文针对温室大棚采集的杂草图像进行研究，实现了一种快速植物特征提取与识别算法，能够满足实时地为后续变量控制提供信号的要求，为进一步的研究工作打下了一定的基础。 2图像处理 2.1 图像分割 利用CCD彩色摄像机获取的图像，通过图像采集卡将获取的图像以真彩色24位位图的格式存储。真彩色24位位图在存储格式上是以个字节表

3、示图像中的一个像素点。这三个字节分别存储像素点的R、G、B颜色分量值。三个值根据RGB颜色坐标系统（见图1）合成这个像素点的颜色值。目的一是为了获得更多的信息量，二是为了减少图像解压缩的过程，加快处理速度。 图像分割是由图像处理到图像分析的关键步骤，也是一种基本的计算机视觉技术。随后的图像处理，诸如特征提取和对象识别，都依赖于图像分割的质量。图像分割就是指把图像分成各具特性的区域并提取感兴趣目标的技术和过程2。尽管人们在图像分割方面做了许多研究工作，但由于没有通用的分割理论，现己提出的分割算法大都是针对具体问题的，并没有一种适合所有图像的通用分割算法3。这里的图像分割，主要是指去除 植物图像中

4、的土壤背景及作物残茬。为了有效的将叶面与背景区分，要对原始图像数据进行选择和变换，得到 最能反映分类本质的特征。在此所说的图像特征，指的是图像中各个点的特征，而不是整个图像的整体特征。 对于彩色图像分割问题，必须充分利用彩色图像所包含的丰富的色彩信息，选择适当的特征，使目标和背景能依据特征上的差别进行区分，利用这个颜色特征将彩色图像转变成灰度图像，再确定阈值将灰度图像二值化。 2.2 RGB和HSI坐标系统 数字图像处理中，常用的颜色坐标系统有RGB和HSI坐标系统（坐标系统图如图1、图2）。RGB颜色坐标系统以红R、绿G、蓝B三种颜色为基色，其它颜色由这三种基色加权混合而成。HSI坐标系统中

5、H表示色调（Hue），S表示饱和度（Saturation），I表示密度，对应图像的亮度（Intensity）。面向硬件设备（如彩色显示器和打印机等）的最常用彩色坐标系统是RGB坐标系统，而面向彩色处理的最常用颜色坐标系统是HSI坐标系统，HSI坐标系统有两个特点：其一，I分量与图像的彩色信息无关；其二，H和S分量与人感受颜色的方式是紧密相连的。这些特点使得HSI坐标系统非常适合于借助人的视觉系统来感知彩色特性的图像处理算法4。   图1 RGB 颜色坐标系统      图2 HSI 颜色坐标系统 从RGB坐标系统到HSI坐标系统的转换

6、公式如下：    在RGB颜色坐标系统中，如果不考虑光照强度，而只对色度感兴趣，则只要知道R、G、B的相对值即可。相对值 r、g、b称为色度坐标，其计算公式如下：   （2）         其中，Rn、Gn、Bn分别是规范到0l之间的RGB值，其计算公式如下：                  （3） &#

7、160;               式中的Rm、Gm、Bm分别是RGB颜色坐标系中的最大分量值。不同的彩色显示系统有不同的取值范围，例如，一个24位的真彩色显示系统中，Rm=Gm=Bm，此时r、g、b可按下式计算   （4） 2.3统计实验 物体的颜色是由它的反射光谱特性和光源特性所决定的。由于有生命的杂草的反射光谱特性不同于无生命的土壤背景，因而两者在颜色上形成了鲜明的对比，但在亮度上差别不明显。对不同土壤、土壤残留物以及各种光照条件下的用于识别杂草颜

8、色指数所做的研究表明，在通常情况下，植物图像的背景即土壤有较大的r、b值，而其g值却总小于植物本身的g值，这里r、g、b是归一化的颜色分量，其计算公式如（4）。通过研究利用rb、gb、（gb）/|rg|和（grb）等指标来区别植物与非植物背景是非常有效的。本文在前人的研究基础上，利用AOI（Area of interest，感兴趣区域）测试工具对大量的包含各种类型的杂草图像进行颜色特征的分析，采集了不同土壤、作物残留物以及各种光照条件下温室大棚内的杂草图像。统计研究上述四种归一化颜色特征参数的均值和标准偏差，以及(2GRB)颜色特征参数和H、S、I值的均值和标准偏差。统计的结果如下表1、表2、

9、表3、表4。为了便于计算，作了如下规定：为了避免分母为零的情况发生，规定在（0.01，0.01）之间的（rg）值为0.01；有些叶子像素的g值远大于r值，从而导致其带来的影响:原先上市公司拥有的物业都被计入了固定资产,因此,物业的升值与否,并没有体现在报表中。近几年物业升值迅速,因此,如果上市公司一旦采用公允价值法来计量其早些年购入的投资性房地产,必将大大提高其净资产和当期利润。截至2007年4月27日，在已披露年报的1303家上市公司中，有9家上市公司对投资性房地产选择公允价值计量模式，并对股东权益进行了追溯调整，分别是武汉控股、沱牌曲酒、中国银行、S深发展A、方大A、胜利股份、白云山A、武

10、汉塑料、与津滨发展。涉及金额最大是中国银行，高达33.18亿元，调整金额最小的则是武汉塑料，为140.11万元。然而在此时,究竟什么样的价值才是公允价值,如何防止上市公司利用“公允价值”操纵利润,是监管的难题。公允价值计量模式的引入正式奠定了NAV(重估净资产值)方法作为房地产上市公司估值的核心地位。这必将引导市场对该项方法进一步的认可。而且随着投资性房地产物业的增多,特别是人民币升值和我国经济持续发展,新会计准则采用后,肯定会引导市场更多的关注各项投资性房地产物业的真实价值,并使NAV的估值方法成为评估投资性房地产企业的主要标准之一。即使对以开发业务为主的房地产企业来说,新会计准则的实行也会

11、导致投资者以更为稳健和客观的估值标准来衡量一个公司的价值,这无疑构成制度性的长期利好。 7.金融工具准则的变革 关于金融工具的4项具体会计准则分别为金融工具确认和计量准则、金融资产转移准则、套期保值准则、金融工具列报准则,这些准则主要适用于金融企业,这些准则对金融企业的影响是广泛而深刻的,上市和拟上市的金融机构则首当其冲。未来银行、券商、保险公司等金融企业的利润操纵空间将越来越小。 其带来的影响:(1)金融衍生工具表外业务表内化。新准则规定衍生金融工具一律以公允价值计量,并从表外移到表内反映。这就要求上市银行和证券公司善用衍生工具这把“双刃剑”,因为表内化将对企业利用衍生金融工具进行风险管理的

12、行为产生重大影响,企业不但要考虑现金流等经济因素,还要考虑衍生金融工具对报表的影响,以避免给报表带来过大的波动。(2)公允价值与实际利率摊余法。新准则规定,衍生金融工具一律以公允价值计量,并将相关公允价值变动计入当期损益和所有者权益,而金融资产和金融负债则按实际利率计算其摊余成本及各期利息费用。金融工具计量标准的变动能更好地反映市场因素、时间价值,从而更准确地计量各类金融资产和负债。(3)金融资产减值。新准则规定以摊余成本计量的金融资产发生减值时,应当将该金融资产的账面价值减记至预计未来现金流量(不包括尚未发生的未来信用损失)现值,减记的金额确认为资产减值损失,计入当期损益。未来现金流量折现法

13、与目前的五级分类法相比,能提供更准确的信息,真实地反映贷款地价值。在股份制改造过程中,商业银行能够更准确地把握金融资产减值可能造成地损失。 8.证券投资的变革 新准则要求,交易性证券投资（如公司持有的上市公司股票）期末应按交易所市价(视为公允价值),公允价值的变动计入当期损益。 其带来的影响:原来,上市公司的证券类投资如果市价比成本低,必须计提减值准备,计入当期损益；但如果市价比成本价高,而公司并没有抛售实现收益,这种计算出来的“账面收益”并不能计入当期损益,但新准则要求证券投资的账面盈利也能成为净利润。 2006年末至今，股市一直牛气冲天，在这种背景下，持有大量股票的上市公司交易性证券投资的

14、账面价值按公允市价调整，使得其产生巨额利润。典型案例中国人寿中国人寿一季度实现净利润88.87亿元，每股收益0.31元。在新会计准则下，公允价值变动收益作为营业收入进入利润表，共39.06亿元，占一季度净利润的44%。去年公司按国际会计准则净利润为200亿元而不是国内准则下的96亿元。作为中国最大的机构投资者之一，中国人寿加参股中信证券，并巨资参与工商银行和中国银行战略配售，这些股票价格飙升使公司账面利润大幅增长。根据新准则公允价值原则，这部分浮盈今年一季度就计入了公司的利润。 9.每股收益的变革 新发布企业会计准则第34号每股收益对上市公司每股收益的计算方法作出了较为详细的规定。准则要求,除

15、了计算基本每股收益外,还必须计算稀释每股收益。根据该准则,上市公司在发行新股、回购股份以及发行有可转债、权证时,每股收益的计算将产生重大变化。 其带来的影响:新准则实施后,每股收益计算更科学。当上市公司有发行新股、回购股份等行为时,发行或回购的时间将会影响每股收益的计算结果。新准则规定,对总股本数应当以加权平均数为准。公式为:发行在外普通股加权平均数=期初发行在外普通股股数+当期新发行普通股股数×已发行时间÷报告期时间-当期回购普通股股数×已回购时间÷报告期时间。另外,新准则要求计算稀释每股收益。对于发行有可转债、权证可能影响股本规模的公司,稀释每股收益

16、与原有的每股收益将产生重大区别。根据准则要求,企业存在转债、权证等稀释性普通股的,应当分别调整当期净利润和普通股的加权平均数,其中加权平均的股本数必须加上假定稀释性普通股转换为已发行普通股而增加的部分。 10.非货币性资产交换的变革 新准则规定,非货币性资产交换同时满足如下两个条件,应当以公允价值和应支付的相关税费作为换入资产的成本,公允价值与换出资产账面价值的差额计入当期损益:第一,交换具有商业实质；第二,换入资产和换出资产的公允价值能够可靠计量。如果上述两个条件不能同时满足,则仍以换出资产的账面价值作为换入成本,不确定损益。上述规定特别指出,若交易双方存在关联关系,可能导致发生的交换不具有

17、商业实质。 其带来的影响：新准则实施后,资产置换又能“造富”，主要原因来源于运用了公允价值来计量。由此产生的结果,这一交换将再次产生利润。如以优质资产换取劣质资产等。如果非货币性资产交换具有商业实质,换入资产和换出资产的公允价值能够可靠计量,公允价值与换出资产账面价值的差额可计入当期损益,将会影响企业当期利润,企业将可以通过资产重组提高当期利润。虽然新准则规定关联方关系的存在可能导致发生非货币性资产交换不具有商业实质,但企业如果想操纵利润,会想方设法予以规避,将关联交易非关联化。非货币性资产交换中,企业对商业实质的判断也存在一定的会计弹性。此外,在发达的市场条件下,公允价值比较容易确认,但是在

18、市场不充分的情况下,如何确认公允价值则是一个难题,从而为企业的盈余管理留下一定空间。此前采用的账面价值计算法,基本不产生利润。 3.2.11借款费用的变革 新准则将借款费用资本化的资产范围扩大到包括固定资产、需要相当长时间才能达到可销售状态的存货以及投资性房地产、存货等。同时，也扩大了可以资本化的借款费用的范围，不再限定只有专门借款的费用才可以资本化，为购建或者生产符合资本化条件的资产而占用了一般借款的，当累计资产支出超过专门借款时，一般借款费用也可资本化。 其带来的影响:借款费用资本化的资产范围和可予资本化的借款范围扩大将减少费用资本化当期的财务费用，增加企业的资产价值，进而提高当期的会计利

19、润。如2006年度，华能国际按企业会计准则编制的合并净利润为55.50亿元、在国际财务报告准则下的净利润则上升到68.89亿元，其中仅“借款费用资本化”一项差异因素就高达2.2亿元。对于那些有息负债规模巨大的上市公司来讲，如房地产公司、生产周期长的制造业公司以及资本化支出较大的公司的损益可能产生较大的正面影响，提高公司业绩。如中国石化日前公布的2006年报显示，执行新会计准则后，“一般性借款费用资本化”因素调增期初股东权益高达26.36亿元。     总之,与现行会计制度相比，新准则体系内容更新较多，对会计职业判断增多，技术难度较高，对会计从业人员提出了更高的要求。但是，我们也必须认识到，随着新准则的发布和实施,对促进经济社会发展、全面建设小康社会具有重大意义,有利于推进我国当