韓大龍等

摘要：應(yīng)用 MATLAB軟件的圖形用戶界面（graphical user interface，GUI）工具討論了高級文件I/O相關(guān)函數(shù)的具體應(yīng)用，設(shè)計出簡明、美觀的人機(jī)交互式界面，實現(xiàn)了棉株頂部圖像讀取、頂尖特征提取、顯示、保存等功能，通過調(diào)用mcc編程器進(jìn)行編譯，將設(shè)計好的程序轉(zhuǎn)化為獨立的“.exe”文件。本研究為基于機(jī)器視覺技術(shù)的棉株頂尖識別研究奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：MATLAB；GUI；棉株頂尖；顏色特征；形狀特征

中圖分類號：S126；TP391.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1002-1302（2014）03-0346-03

1993—2010年新疆棉花生產(chǎn)基地的棉花種植面積、總產(chǎn)量居全國首位[1]，是國家扶持的重點農(nóng)業(yè)項目基地[2]。在“西部大開發(fā)”工作中，新疆堅持棉花的戰(zhàn)略地位不動搖，隨著棉花種植面積、產(chǎn)量的增加以及勞動力短缺，全面推廣棉花生產(chǎn)全程機(jī)械化技術(shù)迫在眉睫。目前新疆棉花主要種植模式是矮、密、早，每年7月棉花打頂調(diào)控是棉花生產(chǎn)豐收的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[3-4]，由于目前國產(chǎn)棉花打頂機(jī)無法對棉株頂部定位、識別，導(dǎo)致機(jī)械打頂過程中存在大量漏打、誤打、損桃等問題，嚴(yán)重影響棉花生長和產(chǎn)量[3]，使得棉花機(jī)械打頂普及率較低，因此研究打頂機(jī)械對棉株頂尖的識別問題是提高棉花機(jī)械打頂普及率的關(guān)鍵。劉俊奇利用機(jī)器視覺技術(shù)對棉株的頂尖圖像進(jìn)行分割，并對其自動識別系統(tǒng)的設(shè)計提出了相應(yīng)方案[5]。瞿端陽等利用圖像分割技術(shù)提取棉株株頂與棉桃等部分的顏色特征，并結(jié)合BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)區(qū)分出株頂、棉桃等[6]。王勇等通過分析棉花不同部分顏色數(shù)據(jù)，建立了基于色差信息的識別模型，結(jié)合棉桃顏色信息和形狀特征，可以從背景環(huán)境中準(zhǔn)確識別棉桃并且獲取準(zhǔn)確的位置信息，識別率達(dá)到 85%[7]。楊福增等采用基于顏色和形狀特征的圖像處理方法，實現(xiàn)茶葉嫩芽的計算機(jī)識別和檢測，識別準(zhǔn)確率為 94%，為實現(xiàn)茶葉嫩芽的自動采摘提供了有效方法[8]。劉婭靜等提出了基于顏色特征的分割算法，得到適于雜草圖像分割的顏色分量，實現(xiàn)了復(fù)雜場景、光照條件下雜草區(qū)和背景區(qū)的分割[9]。MATLAB軟件作為MathWorks公司開發(fā)的一種用于數(shù)值計算及可視化圖像處理的工程應(yīng)用軟件，在圖形圖像處理方面有強(qiáng)大功能和廣泛應(yīng)用。并且MATLAB軟件提供了高效、方便的圖形用戶界面（graphical user interface，GUI）設(shè)計功能，用戶可以簡單、快速設(shè)計出直觀、便捷、強(qiáng)大的人機(jī)交互界面，實現(xiàn)預(yù)定功能[10-12]。本研究利用MATLAB_R2012b軟件設(shè)計開發(fā)了一套棉株頂尖特征提取系統(tǒng)，提出一種簡單、快速提取棉株頂尖特征值的方法，以期為實現(xiàn)棉花打頂作業(yè)“一頂一芯”提供理論基礎(chǔ)。

1 設(shè)計路線

以棉株株頂靜態(tài)圖像為研究對象，應(yīng)用 MATLAB GUI 實現(xiàn)棉株株頂圖像輸入與顯示，株頂R、G、B、Y、Cb、Cr等6個顏色分量特征的直方圖曲線顯示，閾值范圍選取及顯示，頂尖形狀特征提取顯示，數(shù)據(jù)保存等功能?？傮w技術(shù)路線如圖1所示。

2 MATLAB GUI 界面開發(fā)

2.1 界面總體設(shè)計

在設(shè)計人機(jī)交互操作界面時，選擇 MATLAB軟件主界面

“HOME”菜單、“New”子菜單下的“Graphical User Interface”項，啟動“GUIDE”對話框，在 “Creat New GUI”菜單下4個選項中選擇空白模板“Blank GUI（Default）”，點擊 “OK” 后進(jìn)入 GUI 編輯界面。

在 “GUIDE”設(shè)計界面中，通過鼠標(biāo)拖動方式創(chuàng)建GUI 程序界面。該界面選擇1 個彈出式菜單（Pop_up Menu）、2個滑動條（Slider）、3個軸對象（Axes）、5個按鈕（Push Button）、5個文本框（Edit Text）、8 個靜態(tài)文本（Static Text）等對象，并擺放于合適位置。其中，彈出式菜單用于顏色分量的選取；滑動條用于動態(tài)閾值范圍的選擇；軸對象用于顯示棉株原始圖像，R、G、B等顏色模型下各顏色特征的直方圖曲線以及頂尖二值圖像；文本框用于相關(guān)值的顯示；靜態(tài)文本控件用于說明相關(guān)坐標(biāo)軸的名稱等。界面設(shè)計結(jié)果如圖2所示。

3 結(jié)論

基于MATLAB軟件高效、強(qiáng)大的圖形用戶界面（GUI）設(shè)計出一種簡單、快速提取棉株頂尖特征值的方法，為后續(xù)基于機(jī)器視覺的棉株頂尖識別奠定了基礎(chǔ)。本研究為其他基于顏色、形狀等特征的對象識別研究提供了一種快速提取特征信息的人機(jī)交互界面設(shè)計方法。

參考文獻(xiàn)：

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