一种蘑菇形态数据获取方法、系统、存储介质及设备

本发明涉及图像识别和数据处理，特别涉及一种蘑菇形态数据获取方法、系统、存储介质及设备。

背景技术：

1、我国拥有丰富的食用菌资源，其中常见的有香菇、茶树菇、黑皮鸡枞菌以及蘑菇等。这些食用菌不仅营养丰富，还具有多种健康益处。适量食用食用菌可以补充人体所需的营养物质，如蛋白质、多糖、多酚和膳食纤维等，有助于增强人体免疫力，降低患心血管疾病的风险。因此，食用菌在人们的饮食中占据了重要地位，受到了广泛的喜爱和追捧。

2、蘑菇的形态参数可以反映植物的生长发育过程和结果，能够帮助人们找出影响植物生长和发育的关键因素，有助于人们更好地理解和利用食用菌，为农业生产、生态保护等领域提供重要的科学依据。

3、然而，目前对于蘑菇的形态参数的测量，一般采用手工测量方式，传统手工测量操作复杂、费时费力，限制了其在实际中的应用。并且蘑菇形态复杂，其边缘线条并不流畅，特别是在菌柄与菌盖的连接处存在凹陷，为获取其形态参数带来了巨大的挑战，导致测量准确度不高。

技术实现思路

1、基于此，本发明的目的是提供一种蘑菇形态数据获取方法、系统、存储介质及设备，用于解决目前手工测量蘑菇形态参数的导致费时费力以及结果准确度不高的技术问题。

2、本发明一方面提供一种蘑菇形态数据获取方法，包括：

3、获取蘑菇的原始图像 i并进行预处理，所述原始图像 i包括菌柄和菌盖，获取预处理后的蘑菇整体轮廓数据以根据所述蘑菇整体轮廓数据得到菌盖顶点 mtop以及菌柄最低点 mbottom，以所述菌盖顶点 mtop与所述菌柄最低点 mbottom的连接线为分界线分割所述蘑菇整体轮廓数据以得到分割后轮廓数据，对所述分割后轮廓数据进行边缘检测得到左侧轮廓 cml和右侧轮廓 cmr；

4、根据所述左侧轮廓 cml和所述右侧轮廓 cmr分别获得左侧目标凹陷点与右侧目标凹陷点，连接所述左侧目标凹陷点与所述右侧目标凹陷点获得分割线 ls以根据分割线 ls分割蘑菇整体轮廓数据得到菌柄轮廓数据和菌盖轮廓数据；

5、对所述蘑菇整体轮廓数据、所述菌柄轮廓数据以及所述菌盖轮廓数据应用边缘检测算法获得蘑菇整体轮廓 cmush、菌盖轮廓 ccap以及菌柄轮廓 cstalk，并通过轮廓周长函数和区域面积函数获得轮廓投影周长和轮廓投影面积，再结合最小外接旋转矩形算法确定轮廓长和轮廓宽，根据所述轮廓投影周长、所述轮廓投影面积、所述轮廓长以及所述轮廓宽获得蘑菇的形态数据，所述形态数据包括蘑菇整体性状 mc、菌盖性状 cc和菌柄性状 sc。

6、上述蘑菇形态数据获取方法，通过将蘑菇的原始图像 i进行预处理进而获得预处理后的蘑菇整体轮廓数据，根据蘑菇整体轮廓数据得到菌盖顶点 mtop以及菌柄最低点 mbottom，以菌盖顶点 mtop与菌柄最低点 mbottom的连接线为分界线分割蘑菇整体轮廓数据以得到分割后轮廓的左侧轮廓 cml和右侧轮廓 cmr，实现蘑菇的准确分割；再对蘑菇整体轮廓 cmush、菌盖轮廓 ccap以及菌柄轮廓 cstalk进行数据处理，得到蘑菇的形态数据，避免了人工测量，提高了测量效率和准确度。

7、另外，根据本发明上述的蘑菇形态数据获取方法，还可以具有如下附加的技术特征：

8、进一步地，在根据所述左侧轮廓 cml和所述右侧轮廓 cmr分别获得左侧目标凹陷点与右侧目标凹陷点的步骤中：

9、定义每张原始图像 i的左下角为坐标原点 o(0,0)，建立xy坐标系，左上角坐标为（0,ymax），右下角坐标为(xmax,0)，右上角坐标为(xmax,ymax)，在该xy坐标系中x、y均大于0；

10、左侧目标凹陷点的获取方法包括：

11、获取所述菌盖顶点mtop与所述菌柄最低点mbottom的连线 ll，将所述左侧轮廓 cml逆时针旋转直到 ll与xy坐标系的x轴首次平行以得到左侧旋转轮廓，所述左侧旋转轮廓包括多个离散点 c’ml；

12、以所述菌盖顶点 mtop与所述菌柄最低点 mbottom的横坐标的平均值p为界，分别寻找多个离散点 c’ml在p位置的左侧纵坐标最小值点 mtmin和右侧纵坐标最小值点 mbmin；

13、连接所述左侧纵坐标最小值点 mtmin和所述右侧纵坐标最小值点 mbmin做直线 lout1；寻找所述左侧纵坐标最小值点 mtmin和所述右侧纵坐标最小值点 mbmin之间的所有离散点到所述直线 lout1的垂直距离最长点 mlh，所述垂直距离最长点 mlh为左侧初步凹陷点，根据所述左侧初步凹陷点获得左侧目标凹陷点；

14、右侧目标凹陷点的获取方法包括：

15、获取所述菌盖顶点mtop与所述菌柄最低点mbottom的连线 lr,将所述右侧轮廓 cmr逆时针旋转直到 lr与xy坐标系的x轴首次平行以得到右侧旋转轮廓，所述右侧旋转轮廓包括多个离散点 c’mr；

16、以所述菌盖顶点 mtop与所述菌柄最低点 mbottom的横坐标的平均值p ’为界，分别寻找多个离散点 c’mr在p ’位置的左侧纵坐标最大值点 mtmax和右侧纵坐标最大值点 mbmax；

17、连接所述左侧纵坐标最大值点 mtmax和所述右侧纵坐标最大值点 mbmax做直线 lout2；寻找所述左侧纵坐标最大值点 mtmax和所述右侧纵坐标最大值点 mbmax之间的所有离散点到所述直线 lout2的垂直距离最长点 mrh，所述垂直距离最长点 mrh为右侧初步凹陷点，根据所述右侧初步凹陷点获得右侧目标凹陷点。

18、进一步地，所述左侧目标凹陷点与所述右侧目标凹陷点构建组成目标凹陷点，所述左侧初步凹陷点与所述右侧初步凹陷点构建组成初步凹陷点，在根据所述左侧初步凹陷点获得左侧目标凹陷点/根据所述右侧初步凹陷点获得右侧目标凹陷点的步骤中：

19、目标凹陷点的判定方法包括：

20、判断初步凹陷点是否符合离散点的上升沿和下降沿计算公式；

21、若符合，则当前离散点为目标凹陷点；

22、若不符合，则向当前离散点的左右两侧进行搜索，直至符合离散点的上升沿和下降沿计算公式；

23、其中，用于左侧目标凹陷点上升沿和下降沿计算公式为：

24、；

25、用于右侧目标凹陷点上升沿和下降沿计算公式为：

26、；

27、式中， k为点的序号，( k+1, f( k+1))为当前点的坐标，( k, f( k))为当前点左侧的点，( k+2, f( k+2))为当前点右侧的点。

28、进一步地，蘑菇整体性状 mc包括蘑菇投影面积 ma、蘑菇投影周长 mp、株高 mh；

29、蘑菇整体性状 mc的计算方法包括：

30、在获得蘑菇整体轮廓 cmush后，通过轮廓周长函数得到蘑菇投影周长 mp；

31、使用区域面积函数得到蘑菇投影面积 ma；

32、对蘑菇整体轮廓 cmush使用最小外接旋转矩形算法得到外接旋转矩形rect0，以外接旋转矩形rect0的长边 dmax作为蘑菇的株高 mh；

33、其中，在通过轮廓周长函数得到蘑菇投影周长 mp中，蘑菇投影周长 mp的获取方法包括：

34、对蘑菇整体轮廓 cmush的每个点进行插值以计算出拟合曲线 s；

35、根据拟合曲线 s计算每两个相邻点之间的欧式距离 di并进行求和，得到 mp。

36、进一步地，菌盖性状 cc包括菌盖投影面积 ca、菌盖投影周长 cp、开伞角度 ka、菌盖直径 cd以及菌盖高度 ch；

37、菌盖性状 cc的计算方法包括：

38、在获得菌盖轮廓 ccap后，通过轮廓周长函数计算得到菌盖投影周长 cp，，其中， dcpi为菌盖轮廓 ccap中相邻两点间的欧式距离，n1为菌盖轮廓离散点的数量；

39、使用区域面积函数得到菌盖投影面积 ca；

40、对菌盖轮廓 ccap使用最小外接旋转矩形算法得到外接旋转矩形rect1，以外接旋转矩形rect1的长边 dcmax和宽边 dcmin分别作为菌盖直径 cd以及菌盖高度 ch；

41、使用最小外接旋转矩形算法框选菌盖轮廓 ccap后，连接菌盖顶点 mtop和最小外接矩形rect1的底边两端点以构成三角形△abc，其中，a为菌盖顶点 mtop，bc分别为底边的左右两点，∠a为开伞角度 ka，开伞角度 ka的计算公式为：

42、；

43、式中，ac、ab以及bc分别为三角形△abc的边。

44、进一步地，菌柄性状 sc包括菌柄投影面积 sa、菌柄投影周长 sp、菌柄平均粗细 sat、菌柄最粗 smt、菌柄长度 sh和菌柄弯曲度 scu；

45、菌柄性状 sc的计算方法包括：

46、在获得菌柄轮廓 cstalk后，通过轮廓周长函数计算得到菌柄投影周长 sp，，其中， dspi为菌柄轮廓 cstalk中相邻两点间的欧式距离，n2为菌柄轮廓离散点的数量；

47、使用区域面积函数得到菌柄投影面积 sa；

48、对菌柄轮廓 cstalk使用最小外接旋转矩形算法得到外接旋转矩形rect2，以外接旋转矩形rect2的长边 dsmax作为菌柄长度 sh；

49、沿所述外接旋转矩形rect2长边方向以像素为单位对菌柄轮廓进行切片，沿所述外接旋转矩形rect2短边方向计算每个切片的宽度，并将其作为菌柄宽度 sti，并将 sti最大值作为菌柄最粗值 smt， smt= stmax，再根据 sti获得菌柄平均粗细 sat，，其中， sti表示在某个切片计算所得的菌柄宽度， n3表示切片的数量；

50、菌柄弯曲度 scu的计算公式为：

51、；

52、式中， sh为菌柄长度； st1第一段切片的菌柄宽度，即为菌柄菌盖连接处菌柄切片的宽度； sp为菌柄投影周长； scu为菌柄弯曲度。

53、进一步地，获取蘑菇的原始图像 i并进行预处理，获取预处理后的蘑菇整体轮廓数据的步骤包括：

54、获取蘑菇的原始图像 i，采用边缘检测算法识别所述原始图像 i的所有边缘以得到断开边缘图像 ic，并对所述断开边缘图像 ic进行形态学操作以获得完整的封闭轮廓图像 io；

55、分析所述封闭轮廓图像 io以确定蘑菇区域 areamush和背景区域，分别标记所述蘑菇区域 areamush与所述背景区域以创建掩膜图像；

56、将所述掩膜图像与原始图像 i进行位运算以分离所述蘑菇区域 areamush与所述背景区域而得到目标掩膜图像 im，所述目标掩膜图像 im为蘑菇整体轮廓数据。

57、本发明另一方面提供一种蘑菇形态数据获取系统，包括：

58、获取模块，用于获取蘑菇的原始图像 i并进行预处理，所述原始图像 i包括菌柄和菌盖，获取预处理后的蘑菇整体轮廓数据以根据所述蘑菇整体轮廓数据得到菌盖顶点 mtop以及菌柄最低点 mbottom，以所述菌盖顶点 mtop与所述菌柄最低点 mbottom的连接线为分界线分割所述蘑菇整体轮廓数据以得到分割后轮廓数据，对所述分割后轮廓数据进行边缘检测得到左侧轮廓 cml和右侧轮廓 cmr；

59、分割模块，用于根据所述左侧轮廓 cml和所述右侧轮廓 cmr分别获得左侧目标凹陷点与右侧目标凹陷点，连接所述左侧目标凹陷点与所述右侧目标凹陷点获得分割线 ls以根据分割线 ls分割蘑菇整体轮廓数据得到菌柄轮廓数据和菌盖轮廓数据；

60、计算模块，用于对所述蘑菇整体轮廓数据、所述菌柄轮廓数据以及所述菌盖轮廓数据应用边缘检测算法获得蘑菇整体轮廓 cmush、菌盖轮廓 ccap以及菌柄轮廓 cstalk，并通过轮廓周长函数和区域面积函数获得轮廓投影周长和轮廓投影面积，再结合最小外接旋转矩形算法确定轮廓长和轮廓宽，根据所述轮廓投影周长、所述轮廓投影面积、所述轮廓长以及所述轮廓宽获得蘑菇的形态数据，所述形态数据包括蘑菇整体性状 mc、菌盖性状 cc和菌柄性状 sc。

61、本发明另一方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述的蘑菇形态数据获取方法。

62、本发明另一方面还提供一种数据处理设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述的蘑菇形态数据获取方法。