CN110458200A - 一种基于机器学习的花朵种类识别方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于机器学习的花朵种类的识别方法,该方法首先从样本库中对每幅图像进行图像预处理后分割ROI区域,根据ROI区域的位置建立二维坐标系,对花朵进行四边定位,确定出花朵的矩形区域位置,对每个样本的ROI区域提取出SIFT特征,然后对每个样本的SIFT特征进行K‑means聚类,得到该样本的关键词及其权重和样本类别信息。随后,把所有样本的关键词及其权重作为输入、样本类别作为输出,来训练一个多类SVM分类器,得到一个包含所有花朵类别的种类信息的分类器,将新采集的未分类的图片输入训练好的多类SVM分类器中,即可输出对应的花朵种类信息。本发明的方法能对花朵类别进行智能识别,识别更快、更方便、识别率更高。

Description

一种基于机器学习的花朵种类识别方法
技术领域
本发明涉及图像处理领域,具体涉及一种基于机器学习的花朵种类的识别方法。
背景技术
人类的身边存在着各种各样的植物,它们是构成地球生物圈的重要组成部分;植物从诞生进化发展到现在,经历了十分漫长的岁月。地球上有着数以亿计的植物,形成了现实的生态系统,它们在维持生态系统的平衡方面发挥着巨大的作用,同时植物也是人类文明发展和延续必不可少的重要因素。因为植物对于生态系统和人类具有着如此重要的意义,对于植物进行研究就显得相当重要。但是因为不同种类的植物在经济价值、生活习性、形态构造等各个方面都表现出不同的特性,为了能够更好、更有效地保护、利用各种植物,我们需要对植物进行识别和分类。
花是植物的重要组成部分之一,能充分的反应植物的特征,通过对花朵的识别可以很好的对植物进行分类。在传统的花朵识别方法中,专业人员依靠自身丰富的经验,根据花朵外部形态上的特征,去识别花的种类。但是非专业的人员很难掌握这些方法,这些方法也很难被应用于日常的生活中。地球上有着数以万计的植物,单纯的依靠人的经验和记忆是很难有效的对植物进行识别的。
传统的花朵识别方法依靠人工方式进行分类,难度大,效率低。如何使人们更方便、快捷、准确的实现对花朵的辨认成为一个技术难题。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提出一种基于机器学习的花朵种类的识别的方法,具体技术方案如下:
一种基于机器学习的花朵种类的识别方法,其特征在于,该方法具体包括如下步骤:
S1:采集用于训练的包含花朵的图片;
S2:对所述的花朵图片进行灰度处理和阈值处理,得到对应的二值化图像;
S3:将该二值化图像中可能包含花朵的ROI区域进行分割提取出来;
S4:然后根据四边定位法对ROI区域进行花朵准确定位,所述的四边定位法具体过程为:
(1)先对ROI区域进行建立二维直角坐标系,根据坐标系确定ROI区域边缘点的坐标;
(2)对于ROI区域的任意一边,随机选取10-20个边缘点,计算边缘点的方差值,然后忽略误差较大的1个或两个边缘点,利用线性回归对剩下的边缘点进行回归直线拟合;
(3)最后对四条边均进行线性回归直线拟合,即得到包含花朵的矩形区域,从而实现对花朵的定位。
S5:对于每个花朵样本,均提取定位图像的所有SIFT特征;
S6:对每个定位图像提取到的所有SIFT特征进行聚类,得到生成特征的K个关键词及其权重;
S7:重复S2-S6,得到所有训练的包含花朵的图片的K个关键词及其权重和样本类别;
S8:将S7得到的所有的K个关键词及其权重作为SVM分类器的输入,样本的类别作为输出,训练一个多类SVM分类器,得到一个包含所有花朵类别的种类信息的分类器,从而实现了花朵识别。
S9:将新采集的未分类的图片输入训练好的SVM分类器中,即可得到对应的花朵种类信息。
进一步地,所述的S5的SIFT特征生成的具体过程为:
S5.1初始化K维计数器向量为0,每一维对应一个关键词的权重;
S5.2然后将每幅图像样本的每个SIFT特征与K个类中心进行距离比较,在对应最小距离的那一维权重加12;
S5.3得到K个关键词对。
进一步地,所述的S6中K-means聚类过程具体为:
S6.1:选取K个类中心,对提取的所有M个SIFT特征,每隔M/K个取一个类中心;
S6.2:计算每个SIFT特征与每个类中心的距离,并将每个SIFT特征归入距离最近的类中心;
S6.3:更新类中心;
S6.4:迭代直到达到指定的精度,获得K个类中心,即K个关键词SIFT特征。
进一步地,所述的S1中花朵图片的采集过程为:
首先选择相机拍照背景为单调深颜色,然后利用此背景对大自然的花朵进行拍照,采集花朵样本,得到的样本图片中背景都为深色。
进一步地,所述的S2中图像的灰度和阈值处理的具体过程为:
S2.1根据公式Y=0.3R+0.59G+0.11B,将采集的三通道彩色图片转换为单通道灰度图片,式中,B、G、R分别表示彩色图像的三通道颜色像素值。
S2.2根据公式设置固定灰度阈值T,将上述灰度图像中图像阈值大于T的区域分割提取出来,作为ROI区域;其中,g(x,y)为所得的二值图像,f(x,y)为灰度图像,T为所设固定阈值。
进一步地,所述的S3中ROI区域提取需要设定提取面积上、下限值,当提取面积不符合要求时,该图片不符合训练标准,则将其舍弃。
本发明的有益效果如下:
(1)本发明的花朵种类的识别的方法没有过多的图像预处理环节,通过灰度阈值处理找出了ROI矩形区域和四边定位法确定了牡丹花的位置,使用非常方便,而且分类正确率较高;
(2)通过基于机器学习的SVM方法来对花朵进行智能识别,使识别更快、更方便、识别率更高。
附图说明
图1是本发明的基于机器学习的花朵种类的识别方法的流程图;
图2为采用本发明的方法对花朵识别过程图,其中,图2a为灰度图,图2b为二值化的图,图2c为四边定位后的图。
具体实施方式
下面根据附图和优选实施例详细描述本发明,本发明的目的和效果将变得更加明白,以下结合附图和实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明的原理为:如图1所示,采集用于训练的包含花朵的图片放入样本库中,对每幅图像先进行图像预处理操作分割出ROI区域,在ROI的位置建立二维坐标系,然后对花朵进行四边定位,确定出花朵的矩形区域位置。对每个样本的ROI区域提取出所有的SIFT特征,然后对每个样本的SIFT特征进行K-means聚类,得到该样本信息的K个关键词及其权重。随后,把所有样本的关键词和权重作为输入、花朵类型作为输出,来训练一个多类SVM分类器,得到包含所有花朵的种类信息。
作为其中一种实施例,本发明的基于机器学习的花朵种类的识别方法的具体步骤如下:
S1:采集用于训练的若干类的包含花朵的图片,采集的训练图片中的花朵尽量覆盖尽可能多的种类的花朵,具体过程如下:
选择相机拍照背景为单调深颜色,然后利用此背景对大自然的花朵进行拍照,采集花朵样本,得到的样本图片中背景都为深色。
S2:对所述的花朵图片进行灰度处理(如图2a所示)和阈值处理,得到对应的二值化图像(如图2b所示),作为其中一种实施方式,具体步骤如下:
S2.1根据公式Y=0.3R+0.59G+0.11B,将采集的花朵图片三通道彩色图片转换为单通道灰度图片,式中,B、G、R分别表示彩色图像的三通道颜色像素值。
S2.2再根据公式设置固定灰度阈值T,将上述灰度图像中图像阈值大于T的区域分割提取出来,作为ROI区域,其中,g(x,y)为所得的二值图像,f(x,y)为灰度图像,T为所设固定阈值。
S3:将上述二值化图像中可能包含花朵的ROI区域进行分割提取出来,具体如下:
根据固定阈值将图像二值化处理,提取图像中白色的部分,即为包含花朵的可能的区域。当采集的一张花朵图片中包含有多个花朵时,阈值处理后分割出来的白色部分面积比较大;当采集的一张花朵图片中包含花朵很小时以至于不能进行特征提取,或者采集的图像中不包含花朵时,阈值处理后分割出来的白色部分面积比较小,此时这些图片都不能作为有效训练数据,因此需要设定提取面积上、下限值,根据此来自动判断该图片是否符合训练标准。
S4:然后根据四边定位法对ROI区域进行花朵准确定位,所述的四边定位法具体过程为:
(1)先对ROI区域进行建立二维直角坐标系,根据坐标系确定ROI区域边缘点的坐标;
(2)对于ROI区域的任意一边,随机选取10-20个边缘点,计算边缘点的方差值,然后忽略误差较大的1个或两个边缘点,利用线性回归对剩下的边缘点进行回归直线拟合;
(3)最后对四条边均进行线性回归直线拟合,即得到包含花朵的矩形区域,从而实现对花朵的定位(如图2c所示)。
S5:对于每个花朵样本,均提取定位图像的所有SIFT特征,所述的SIFT特征生成的过程为:
(1)初始化K维计数器向量为0,每一维对应一个关键词的权重;
(2)然后将每幅图像样本的每个SIFT特征与K个类中心进行距离比较,在对应最小距离的那一维权重加12;
(3)得到K个关键词对。
S6:对每个定位图像提取到的所有SIFT特征进行聚类,得到生成特征的K个关键词及其权重;
所述的K-means聚类过程为:
(1)选取K个类中心,对提取的所有M个SIFT特征,每隔M/K个取一个类中心;
(2)计算每个SIFT特征与每个类中心的距离,并将每个SIFT特征归入距离最近的类中心;
(3)更新类中心;
(4)迭代直到达到指定的精度,获得K个类中心,即K个关键词SIFT特征。
S7:重复S5,得到所有训练的包括花朵的图片的K个关键词及其权重和样本类别信息;
S8:将S6得到的所有的K个关键词及其权重作为SVM分类器的输入,花朵的种类信息作为输出,训练一个多类SVM分类器,得到一个包含所有花朵类别的种类信息的分类器,从而实现了花朵识别。
S9:将新采集的未分类的图片输入训练好的多类SVM分类器中,即可得到对应的花朵种类信息。
本发明没有过多的图像预处理环节,通过灰度阈值处理找出了ROI矩形区域和四边定位法找出了花朵的位置,使用非常方便,而且分类正确率较高;另外本发明克服了传统人工识别方法的不足,通过基于机器学习的SVM方法来对花朵进行智能识别,使得识别结果很高,同时又省去了图像预处理中的很多环节,故方法简单高效。本发明的方法识别更快、更方便、识别率更高。
本领域普通技术人员可以理解,以上所述仅为发明的优选实例而已,并不用于限制发明,尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在发明的精神和原则之内,所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于机器学习的花朵种类的识别方法,其特征在于,该方法具体包括如下步骤:
S1:采集用于训练的包含花朵的图片;
S2:对所述的花朵图片进行灰度处理和阈值处理,得到对应的二值化图像;
S3:将该二值化图像中可能包含花朵的ROI区域进行分割提取出来;
S4:然后根据四边定位法对ROI区域进行花朵准确定位,所述的四边定位法具体过程为:
(1)先对ROI区域进行建立二维直角坐标系,根据坐标系确定ROI区域边缘点的坐标;
(2)对于ROI区域的任意一边,随机选取10-20个边缘点,计算边缘点的方差值,然后忽略误差较大的1个或两个边缘点,利用线性回归对剩下的边缘点进行回归直线拟合。
(3)最后对四条边均进行线性回归直线拟合,即得到包含花朵的矩形区域,从而实现对花朵的定位。
S5:对于每个花朵样本,均提取定位图像的所有SIFT特征;
S6:对每个定位图像提取到的所有SIFT特征进行聚类,得到生成特征的K个关键词及其权重;
S7:重复S2-S6,得到所有训练的包含花朵的图片的K个关键词及其权重和样本类别;
S8:将S7得到的所有的K个关键词及其权重作为SVM分类器的输入,样本的类别作为输出,训练一个多类SVM分类器,得到一个包含所有花朵类别的种类信息的分类器,从而实现了花朵识别。
S9:将新采集的未分类的图片输入训练好的SVM分类器中,即可得到对应的花朵种类信息。
2.根据权利要求1所述的基于机器学习的花朵种类的识别的方法,其特征在于,所述的S5的SIFT特征生成的具体过程为:
S5.1初始化K维计数器向量为0,每一维对应一个关键词的权重;
S5.2然后将每幅图像样本的每个SIFT特征与K个类中心进行距离比较,在对应最小距离的那一维权重加12;
S5.3得到K个关键词对。
3.根据权利要求1所述的基于机器学习的花朵种类的识别方法,其特征在于,所述的S6中K-means聚类过程具体为:
S6.1:选取K个类中心,对提取的所有M个SIFT特征,每隔M/K个取一个类中心;
S6.2:计算每个SIFT特征与每个类中心的距离,并将每个SIFT特征归入距离最近的类中心;
S6.3:更新类中心;
S6.4:迭代直到达到指定的精度,获得K个类中心,即K个关键词SIFT特征。
4.根据权利要求1所述的基于机器学习的花朵种类的识别方法,其特征在于,所述的S1中花朵图片的采集过程为:
首先选择相机拍照背景为单调深颜色,然后利用此背景对大自然的花朵进行拍照,采集花朵样本,得到的样本图片中背景都为深色。
5.根据权利要求1所述的基于机器学习的花朵种类的识别方法,其特征在于,所述的S2中图像的灰度和阈值处理的具体过程为:
S2.1根据公式Y=0.3R+0.59G+0.11B,将采集的三通道彩色图片转换为单通道灰度图片,式中,B、G、R分别表示彩色图像的三通道颜色像素值。
S2.2根据公式设置固定灰度阈值T,将上述灰度图像中图像阈值大于T的区域分割提取出来,作为ROI区域;其中,g(x,y)为所得的二值图像,f(x,y)为灰度图像,T为所设固定阈值。
6.根据权利要求1所述的基于机器学习的花朵种类的识别方法,其特征在于,所述的S3中ROI区域提取需要设定提取面积上、下限值,当提取面积不符合要求时,该图片不符合训练标准,则将其舍弃。
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