PHÁT HIỆN PHỔ QUẦN THỂ RẦY NÂU DỰA TRÊN TIẾP CẬN
XỬ LÝ ẢNH HÌNH THÁI
Trần Công Nghị1, Trần Công Án1, Huỳnh Xuân Hiệp1, 2
1Khoa Công nghệ thông tin & Truyền thông, Trường Đại học Cần Thơ
2Nhóm nghiên cứu liên ngành DREAM-CTU/IRD
tcnghivn@gmail.com, tcan@ctu.edu.vn, hxhiep@ctu.edu.vn
TÓM TẮT - Các nghiên cứu về phát hiện phổ quần thể rầy nâu trong ảnh đang được quan tâm trong thời gian gần đây
nhằm hỗ trợ giám sát các loài sâu bệnh trong nông nghiệp. Một trong những ứng dụng của hướng nghiên cứu này là sự kết hợp giữa
các hệ thống bẫy đèn để tự động hóa việc đếm số lượng rầy nâu vào bẫy đèn để tự động hóa việc đếm số lượng rầy nâu vào bẫy đèn,
vốn đang được thực hiện một cách thủ công. Trong bài viết này chúng tôi đề xuất một tiếp cận mới nhằm phát hiện phổ quần thể rầy
nâu dựa trên các phép toán xử lý ảnh hình thái. Với tiếp cận này, các nét đặc trưng về cấu trúc hình dạng và kích thước của rầy nâu
được làm rõ và trên cơ sở đó cho phép phát hiện phổ quần thể rầy nâu hiệu quả và chính xác. Cách tiếp cận này giúp giảm bớt thời
gian, công sức và chi phí để phát hiện phổ quần thể rầy nâu trong ảnh (chẳng hạn như ảnh chụp từ các hệ thống bẫy đèn). Các kịch
bản thực nghiệm cho thấy cách tiếp cận này cho kết quả tốt, phù hợp để trích lọc phổ quần thể rầy nâu và xác định được số lượng
rầy nâu trong ảnh.
Từ khóa - Xử lý ảnh hình thái, phổ quần thể rầy nâu, giám sát sâu bệnh, hệ thống bẫy đèn.
I. GIỚI THIỆU
Rầy nâu là một trong những loài dịch hại nguy hiểm nhất trên cây lúa hiện nay [1]. Chúng là tác nhân truyền
nhiễm các loại bệnh nguy hiểm trên lúa gây tổn hại cho nền nông nghiệp nước ta cũng như các nước trồng lúa khác
trên thế giới [1]. Vì vậy việc giám sát rầy nâu để xác định lịch gieo xạ cho lúa là một vấn đề cấp thiết đang được quan
tâm. Một trong các phương pháp giám sát rầy nâu đang được sử dụng là dùng hệ thống bẫy đèn để theo dõi sự di cư
của rầy nâu, giúp cho việc xác định lịch gieo xạ phù hợp. Tuy nhiên, việc phát hiện cũng như đếm số lượng rầy nâu vào
bẫy đèn vẫn còn thực hiện bằng phương pháp thủ công, nên mất nhiều thời gian và công sức. Vì vậy, việc tìm ra một
phương pháp phát hiện và đếm số lượng rầy vào đèn một cách tự động là hết sức cần thiết và cấp bách, giúp giảm công
sức và thời gian trong công tác giám sát rầy nâu.
Đã có nhiều hướng nghiên cứu khác nhau để phát hiện và hạn chế những tổn hại bị gây ra bởi rầy nâu trong
nông nghiệp như nghiên cứu bản đồ gene có khả năng kháng rầy từ sự pha trộn hai giống lúa kháng rầy đã được cải
tiến là IR64 và Azucena để tìm ra các định lượng tính trạng (QTLs) dùng cho phòng tránh rầy nâu [2]. Một nghiên cứu
khác cũng liên quan tới việc tạo ra bản đồ gene phòng tránh rầy nâu dựa trên sự kết hợp hai giống lúa kháng rầy là ‘B5’
và ‘Minghui 63’ [3]. Phương pháp nghiên cứu bản đồ gene để phòng tránh rầy nâu có ưu điểm là mang lại hiệu quả
kháng rầy cao, tuy nhiên có khả năng làm thay đổi các đặc tính của giống lúa. Ngoài ra, khi sử dụng trong thời gian dài
thì rầy nâu sẽ thích nghi với các gene này từ đó làm giảm hiệu quả kháng rầy. Hướng nghiên cứu thứ hai là dựa trên
các đặc tính của cây lúa để phát hiện rầy nâu như nghiên cứu sử dụng hệ số phản xạ (reflectance) và hàm lượng diệp
lục tố (SPAD reading) trên cây lúa để phát hiện mức độ nhiễm rầy [4] hoặc nghiên cứu phát hiện mật độ nhiễm rầy dựa
vào các yếu tố môi trường như nhiệt độ, lượng mưa, độ ẩm tương đối [5]. Các nghiên cứu này giúp mở ra các hướng
mới trong việc phát hiện và giám sát rầy nâu nhưng để mang lại hiệu quả thì cần phải có thời gian thực nghiệm và phân
tích mối liên hệ giữa các yếu tố. Hướng nghiên cứu thứ ba là giám sát rầy nâu bằng cách ứng dụng công nghệ thông tin
cụ thể là dựa vào xử lý tín hiệu hình ảnh như nghiên cứu về ảnh hưởng của rầy nâu dựa vào ảnh cây lúa [6], hoặc
nghiên cứu về thiết kế hệ thống phát hiện rầy nâu dựa trên xử lý tín hiệu số [7]. Trong nghiên cứu này tác giả đã xây
dựng được một hệ thống phát hiện rầy nâu dựa vào kỹ thuật thị giác máy cơ bản như phép toán phân ngưỡng sử dụng
phân đơn ngưỡng (single-threshold segmentation) đồng thời áp dụng phép toán hình thái (mathematical morphology)
để khử nhiễu và phát hiện rầy nâu dựa trên thuật toán trích lọc đường biên dựa trên biến đổi wavelet (Edge Extraction
Based on Wavelet Transform). Hệ thống này cơ bản có thể phát hiện rầy nâu một cách tự đông tuy nhiên vẫn còn nhiều
hạn chế do các hình ảnh rầy nâu được xử lý vẫn còn đơn giản (chưa giải quyết được các loại nhiễu phức tạp trong ảnh)
và vẫn chưa đếm được số lượng rầy nâu trong ảnh. Ngoài ra phép toán hình thái chỉ đóng vai trò khử nhiễu và loại bỏ
những phần thừa trong ảnh rầy nâu mà vẫn chưa tận dụng được ưu điểm của phép toán này đó là giúp phát hiện rầy nâu
dựa trên làm rõ các nét đặc trưng về hình dạng, kích thước của chúng
9 trang |
Chia sẻ: thuychi11 | Lượt xem: 728 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem nội dung tài liệu Phát hiện phổ quần thể rầy nâu dựa trên tiếp cận xử lý ảnh hình thái, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Kỷ yếu Hội nghị Quốc gia lần thứ VIII về Nghiên cứu cơ bản và ứng dụng Công nghệ thông tin (FAIR); Hà Nội, ngày 9-10/7/2015
DOI: 10.15625/vap.2015.000194
PHÁT HIỆN PHỔ QUẦN THỂ RẦY NÂU DỰA TRÊN TIẾP CẬN
XỬ LÝ ẢNH HÌNH THÁI
Trần Công Nghị1, Trần Công Án1, Huỳnh Xuân Hiệp1, 2
1Khoa Công nghệ thông tin & Truyền thông, Trường Đại học Cần Thơ
2Nhóm nghiên cứu liên ngành DREAM-CTU/IRD
tcnghivn@gmail.com, tcan@ctu.edu.vn, hxhiep@ctu.edu.vn
TÓM TẮT - Các nghiên cứu về phát hiện phổ quần thể rầy nâu trong ảnh đang được quan tâm trong thời gian gần đây
nhằm hỗ trợ giám sát các loài sâu bệnh trong nông nghiệp. Một trong những ứng dụng của hướng nghiên cứu này là sự kết hợp giữa
các hệ thống bẫy đèn để tự động hóa việc đếm số lượng rầy nâu vào bẫy đèn để tự động hóa việc đếm số lượng rầy nâu vào bẫy đèn,
vốn đang được thực hiện một cách thủ công. Trong bài viết này chúng tôi đề xuất một tiếp cận mới nhằm phát hiện phổ quần thể rầy
nâu dựa trên các phép toán xử lý ảnh hình thái. Với tiếp cận này, các nét đặc trưng về cấu trúc hình dạng và kích thước của rầy nâu
được làm rõ và trên cơ sở đó cho phép phát hiện phổ quần thể rầy nâu hiệu quả và chính xác. Cách tiếp cận này giúp giảm bớt thời
gian, công sức và chi phí để phát hiện phổ quần thể rầy nâu trong ảnh (chẳng hạn như ảnh chụp từ các hệ thống bẫy đèn). Các kịch
bản thực nghiệm cho thấy cách tiếp cận này cho kết quả tốt, phù hợp để trích lọc phổ quần thể rầy nâu và xác định được số lượng
rầy nâu trong ảnh.
Từ khóa - Xử lý ảnh hình thái, phổ quần thể rầy nâu, giám sát sâu bệnh, hệ thống bẫy đèn.
I. GIỚI THIỆU
Rầy nâu là một trong những loài dịch hại nguy hiểm nhất trên cây lúa hiện nay [1]. Chúng là tác nhân truyền
nhiễm các loại bệnh nguy hiểm trên lúa gây tổn hại cho nền nông nghiệp nước ta cũng như các nước trồng lúa khác
trên thế giới [1]. Vì vậy việc giám sát rầy nâu để xác định lịch gieo xạ cho lúa là một vấn đề cấp thiết đang được quan
tâm. Một trong các phương pháp giám sát rầy nâu đang được sử dụng là dùng hệ thống bẫy đèn để theo dõi sự di cư
của rầy nâu, giúp cho việc xác định lịch gieo xạ phù hợp. Tuy nhiên, việc phát hiện cũng như đếm số lượng rầy nâu vào
bẫy đèn vẫn còn thực hiện bằng phương pháp thủ công, nên mất nhiều thời gian và công sức. Vì vậy, việc tìm ra một
phương pháp phát hiện và đếm số lượng rầy vào đèn một cách tự động là hết sức cần thiết và cấp bách, giúp giảm công
sức và thời gian trong công tác giám sát rầy nâu.
Đã có nhiều hướng nghiên cứu khác nhau để phát hiện và hạn chế những tổn hại bị gây ra bởi rầy nâu trong
nông nghiệp như nghiên cứu bản đồ gene có khả năng kháng rầy từ sự pha trộn hai giống lúa kháng rầy đã được cải
tiến là IR64 và Azucena để tìm ra các định lượng tính trạng (QTLs) dùng cho phòng tránh rầy nâu [2]. Một nghiên cứu
khác cũng liên quan tới việc tạo ra bản đồ gene phòng tránh rầy nâu dựa trên sự kết hợp hai giống lúa kháng rầy là ‘B5’
và ‘Minghui 63’ [3]. Phương pháp nghiên cứu bản đồ gene để phòng tránh rầy nâu có ưu điểm là mang lại hiệu quả
kháng rầy cao, tuy nhiên có khả năng làm thay đổi các đặc tính của giống lúa. Ngoài ra, khi sử dụng trong thời gian dài
thì rầy nâu sẽ thích nghi với các gene này từ đó làm giảm hiệu quả kháng rầy. Hướng nghiên cứu thứ hai là dựa trên
các đặc tính của cây lúa để phát hiện rầy nâu như nghiên cứu sử dụng hệ số phản xạ (reflectance) và hàm lượng diệp
lục tố (SPAD reading) trên cây lúa để phát hiện mức độ nhiễm rầy [4] hoặc nghiên cứu phát hiện mật độ nhiễm rầy dựa
vào các yếu tố môi trường như nhiệt độ, lượng mưa, độ ẩm tương đối [5]. Các nghiên cứu này giúp mở ra các hướng
mới trong việc phát hiện và giám sát rầy nâu nhưng để mang lại hiệu quả thì cần phải có thời gian thực nghiệm và phân
tích mối liên hệ giữa các yếu tố. Hướng nghiên cứu thứ ba là giám sát rầy nâu bằng cách ứng dụng công nghệ thông tin
cụ thể là dựa vào xử lý tín hiệu hình ảnh như nghiên cứu về ảnh hưởng của rầy nâu dựa vào ảnh cây lúa [6], hoặc
nghiên cứu về thiết kế hệ thống phát hiện rầy nâu dựa trên xử lý tín hiệu số [7]. Trong nghiên cứu này tác giả đã xây
dựng được một hệ thống phát hiện rầy nâu dựa vào kỹ thuật thị giác máy cơ bản như phép toán phân ngưỡng sử dụng
phân đơn ngưỡng (single-threshold segmentation) đồng thời áp dụng phép toán hình thái (mathematical morphology)
để khử nhiễu và phát hiện rầy nâu dựa trên thuật toán trích lọc đường biên dựa trên biến đổi wavelet (Edge Extraction
Based on Wavelet Transform). Hệ thống này cơ bản có thể phát hiện rầy nâu một cách tự đông tuy nhiên vẫn còn nhiều
hạn chế do các hình ảnh rầy nâu được xử lý vẫn còn đơn giản (chưa giải quyết được các loại nhiễu phức tạp trong ảnh)
và vẫn chưa đếm được số lượng rầy nâu trong ảnh. Ngoài ra phép toán hình thái chỉ đóng vai trò khử nhiễu và loại bỏ
những phần thừa trong ảnh rầy nâu mà vẫn chưa tận dụng được ưu điểm của phép toán này đó là giúp phát hiện rầy nâu
dựa trên làm rõ các nét đặc trưng về hình dạng, kích thước của chúng.
Trong bài viết này chúng tôi đề xuất một hướng tiếp cận mới nhằm phát hiện phổ quần thể rầy nâu chủ yếu dựa
vào các phép toán xử lý ảnh hình thái. Cách tiếp cận này giúp làm rõ các nét đặc trưng về hình dạng, kích thước của
rầy nâu, cho phép phát hiện phổ quần thể rầy nâu một cách hiệu quả và chính xác. Kết quả nghiên cứu sẽ giúp hỗ trợ
trong việc xây dựng hệ thống bẫy đèn tự động giám sát rầy nâu thí điểm tại vùng Đồng bằng sông Cửu Long.
Bài viết được chia thành năm phần. Phần thứ nhất giới thiệu về mối nguy hại của rầy nâu trong nông nghiệp.
Phần thứ hai trình bày về đặc điểm hình thái của rầy nâu và phép toán xử lý hình thái. Phần thứ ba đề cập đến mô hình
phát hiện phổ quần thể rầy nâu. Phần thứ tư trình bày các thực nghiệm và cuối cùng là phần kết luận.
5
A
n
g
r
n
c
b
p
d
m
n
c
B
th
p
m
c
(
1
0
th
2
p
tr
d
56
. Đặc điểm h
Rầy nâu
ước ta cũng n
iảm sức sống
ất nghiêm trọn
Rầy nâu
hỏ. Cánh tron
ái màu xanh
ụng có bộ ph
hát triển của
ài từ 0,3 – 0,
àu trắng sữa,
hau tùy vào t
ủa thân mình
H
. Phép toán
Phép to
ái (morpholo
hần của một
ột đối tượng
ác phép toán
dilation). Yếu
. Phần tử cấu
Đối với
được bỏ qua
Hình 2
eo chiều nga
. Phép co ản
Phép co
hần tử cấu tr
ong ảnh chụp
ưới dạng côn
H
II. ĐẶC ĐIỂ
ình thái của
(Nilaparvata
hư các vùng t
gây khô cháy
g ở cây lúa n
có cơ thể m
g suốt, giữa
nhạt và kích t
ận để trứng b
chúng. Trứng
4mm, mới đẻ
càng lớn rầy
ừng loại: rầy
(Hình 1d) [8]
ình 1. Các gi
hình thái
án hình thái (
gy) có nghĩa
đối tượng [10
ví dụ như ph
xử lý hình t
tố quan trọng
trúc
ảnh nhị phân
trong quá trìn
mô tả một số
ng và dọc, hìn
h
ảnh (erosion
úc B) sao cho
văn bản. Ph
g thức như sau
(a)
ình vuông
M HÌNH TH
rầy nâu
lugens) [8] l
rồng lúa khác
toàn bộ cây
hư bệnh lúa c
àu nâu vàng
cạnh sau của
hước to hơn
én nhọn màu
rầy nâu đẻ th
màu trắng tr
chuyển thành
cánh dài có c
.
ai đoạn phát tri
mathematical
là hình dạng
][11]. Phép t
ân tích hình d
hái được định
trong các ph
, phần tử cấu
h tính toán, g
hình dáng củ
h vuông, hình
Hìn
) [11] nhị ph
ܤ௭ là tập co
ép co ảnh nh
[10][11][12
Hình kim
PHÁT HIỆN PH
ÁI CỦA RẦ
à một trong n
trên thế giới
lúa (gọi là hiệ
ỏ, lùn xoán lá
đỉnh đầu nhô
mỗi cánh trướ
rầy đực; chiề
đen. Đặc điể
ành từng hàn
ong, sắp nở m
màu nâu nhạ
ánh che phủ c
ển của rầy nâu
morphology)
cấu trúc của
oán hình thái
ạng của một
nghĩa từ ha
ép toán này là
trúc là một ản
ọi H(i, j) là ph
ܪ(
a phần tử cấ
ellipse,
h 2. Một số hì
ân của tập hợ
n của A. Phép
ị phân của tậ
]:
ܣ ⊝ ܤ
(b)
cương
Ổ QUẦN THỂ R
Y NÂU VÀ P
hững loài sâu
. Chúng gây h
n tượng “chá
[8]
ra phía trước
c có một đốm
u dài cơ thể t
m hình thái đ
g vào bên tro
àu (Hình 1a
t (Hình 1b). Đ
ả thân (Hình
[9]. (a)-trứng, (
là một nguy
đối tượng, n
được sử dụng
chiếc lá hay m
i phép toán c
lựa chọn mộ
h có kích thư
ần tử cấu trú
݅, ݆) ∈ ሼ0, 1ሽ
u trúc thường
nh dáng của ph
p A bởi phần
co ảnh có th
p hợp A bởi
ൌ ሼݖ|(ܤ)௭ ⊆
Hình chéo
ẦY NÂU DỰA
HÉP TOÁN
bệnh gây ra
ại trực tiếp bằ
y rầy”). Rầy n
. Phần gốc râ
đen. Rầy đự
ừ 4 – 5mm, b
ể nhận dạng
ng trong bẹ c
). Ấu trùng rầ
ặc điểm hình
1c); còn rầy
b)-rầy non, (c)
ên lý phân tíc
ó diễn tả phạ
để làm rõ n
ột loài côn t
ơ bản là phé
t phần tử cấu
ớc nhỏ gồm h
c của ảnh nhị
được sử dụn
ần tử cấu trúc p
tử cấu trúc B
ể được dùng
phần tử cấu t
ܣሽ
(c)
Hình đườn
TRÊN TIẾP CẬN
XỬ LÝ HÌN
dịch hại trên
ng cách chích
âu còn là tác
u có hai đốt n
c có cơ thể d
ụng to tròn, ở
rầy nâu phụ
ây lúa, trứng
y nâu (rầy cá
thái của rầy
cánh ngắn có
-rầy cánh ngắn
h của cấu trú
m vi về mối
hững nét đặc
rùng để phát
p toán co ảnh
trúc có hình d
ai giá trị là 0
phân và được
g trên ảnh nh
hẳng
là tập hợp c
để làm mảnh
rúc B ký hiệu
g ngang H
XỬ LÝ ẢNH
H THÁI
lúa nghiêm tr
hút nhựa ở c
nhân gây ra n
ở to, đốt roi
ài từ 3,6 – 4,
khoảnh giữa
thuộc vào các
rầy giống hìn
m) khi mới n
trưởng thành
cánh phủ đến
, (d)-rầy cánh d
c không gian
quan hệ giữa
trưng về hình
hiện ra chúng
(erosion) v
áng phù hợp.
hoặc 1, các g
thể hiện như
ị phân như d
ác điểm z (z
các nét chữ
là ܣ ⊝ ܤ và
(d)
ình đường dọ
HÌNH THÁI
ọng nhất ở
ây lúa làm
hiều bệnh
râu dài và
,0mm. Rầy
mặt dưới
giai đoạn
h hạt gạo,
ở rất nhỏ,
có sự khác
đốt thứ 6
ài
[10]. Hình
các thành
dạng của
. Phần lớn
à giãn ảnh
iá trị bằng
sau [12]:
ạng đường
là gốc của
dày, nhòe
được viết
c
Trần Công Nghị, Trần Công Án, Huỳnh Xuân Hiệp 557
3. Phép giãn ảnh
Phép giãn ảnh (dilation) [11] nhị phân của tập hợp A bởi phần tử cấu trúc B là tập hợp các điểm z (z là gốc của
phần tử cấu trúc B) sao cho phản xạ của ܤ௭ giao với tập A tại ít nhất một điểm. Phép giãn ảnh có thể được dùng để làm
dày các nét chữ mảnh trong ảnh chụp văn bản. Phép giãn ảnh nhị phân của tập hợp A bởi phần tử cấu trúc B ký hiệu
là ܣ ⊕ B và được viết dưới dạng công thức như sau [10][11][12]:
ܣ ⊕ B ൌ ቄݖቚ ቂ൫ܤ൯௭ ∩ ܣቃ ⊆ ܣቅ
4. Phép mở ảnh
Phép mở ảnh (openning) [11] nhị phân của tập hợp A bởi phần tử cấu trúc B là sự áp dụng của phép toán co ảnh
rồi phép toán giãn ảnh của tập hợp A và phần tử cấu trúc B. Phép mở ảnh có thể giúp loại bỏ các nét thừa của ký tự
trong ảnh chụp văn bản. Ký hiệu của phép mở ảnh là ܣ ° B và được xác định bởi công thức:
ܣ ° B ൌ (ܣ ⊝ ܤ) ⊕ ܤ
5. Phép đóng ảnh
Phép đóng ảnh (closing) [11] nhị phân của tập hợp A bởi phần tử cấu trúc B là sự áp dụng của phép toán giãn
ảnh rồi phép toán co ảnh của tập hợp A và phần tử cấu trúc B. Phép đóng ảnh có thể giúp khôi phục các nét đứt của ký
tự trong ảnh chụp văn bản. Ký hiệu của phép đóng ảnh là ܣ ∙ ܤ và được xác định bởi công thức:
ܣ ∙ ܤ ൌ (ܣ ⨁ ܤ) ⊝ ܤ
III. MÔ HÌNH PHÁT HIỆN PHỔ QUẦN THỂ RẦY NÂU
Mô hình phát hiện phổ quần thể rầy nâu (Hình 3) được thực hiện dựa trên tiếp cận xử lý ảnh hình thái. Đầu tiên
ảnh chụp về rầy nâu được thu thập bằng camera hoặc thiết bị cảm biến. Sau đó hình ảnh sẽ được tiền xử lý để lọc
nhiễu, nâng cao độ tương phản để nâng cao chất lượng ảnh. Sau khi được tiền xử lý hình ảnh sẽ được áp dụng các phép
toán hình thái phù hợp để phát hiện phổ quần thể rầy nâu trong ảnh. Cuối cùng, thuật toán phân vùng ảnh được áp dụng
để đếm số lượng cá thể rầy nâu trong ảnh. Kết quả sau khi áp dụng mô hình phát hiện phổ quần thể rầy nâu trong ảnh
sẽ được tổng hợp và phân tích để đánh giá hiệu quả mô hình.
Hình 3. Mô hình phát hiện phổ quần thể rầy nâu
A. Thu thập ảnh về rầy nâu
Bước đầu tiên của mô hình là phải thu thập các hình ảnh về rầy nâu để làm tập dữ liệu thực nghiệm cho mô
hình. Hình ảnh rầy nâu có thể được ghi lại bằng các loại công cụ ghi hình khác nhau (camera, cảm biến,). Các hình
ảnh thu được phải phù hợp với thực tế cần áp dụng (ví dụ trong tình huống này là các hình ảnh được ghi từ bẫy đèn nên
hình ảnh có thể có độ sáng phân bố không đều và có nhiễu).
B. Tiền xử lý
Mục tiêu của bước tiền xử lý ảnh là để nâng cao chất lượng ảnh bằng cách lọc nhiễu và nâng cao độ tương phản
của ảnh. Hình ảnh sau khi xử lý phải là ảnh nhị phân để áp dụng được các phép toán hình thái (Hình 5). Đầu tiên hình
ảnh đầu vào được chuyển đổi thành ảnh xám, sau đó tiến hành nâng cao độ tương phản của ảnh xám và cuối cùng là
chuyển đổi ảnh xám thành ảnh nhị phân.
1. Chuyển đổi ảnh RGB thành ảnh xám
Các hình ảnh thu thập trong thực tế thường sử dụng hệ màu RGB, trong đó mỗi điểm ảnh (pixel) được tạo thành
bởi cường độ của ba thành phần màu sắc: đỏ (red), xanh lá (green) và xanh dương (blue). Hệ màu RGB đòi hỏi nhiều
không gian lưu trữ và mất nhiều thời gian trong việc xử lý hình ảnh, đặc biệt là khi áp dụng các phép toán hình thái. Vì
vậy, chúng tôi sẽ tiến hành chuyển đổi ảnh màu qua ảnh xám trước khi tiến hành phát hiện và đếm số lượng rầy nâu.
Phương pháp chuyển đổi được thực hiện theo công thức sau [13]:
ܫ(ݔ, ݕ) ൌ 0,2989 ൈ ܴ 0,587 ൈ ܩ 0,114 ൈ ܤ
Trong đó I(x, y) là mức xám tại điểm ảnh có tọa độ là (x, y). (R, G, B) là cường độ của màu đỏ, màu xanh lá và
màu xanh dương.
Thu thập ảnh về
rầy nâu (camera,
cảm biến,)
Tiền xử lý
Áp dụng các phép
toán hình thái để phát
hiện phổ quần thể rầy
nâu trong ảnh
Kết quả
Áp dụng thuật toán
phân vùng ảnh để
đếm số lượng cá
thể rầy nâu
5
2
d
g
(
3
th
D
đ
C
đ
p
đ
th
th
th
k
(
p
d
58
. Nâng cao đ
Sau khi
ựa trên thuật
Trong đ
iá trị mức xám
x, y).
. Chuyển đổ
Để chu
reshold) [14
o hình ảnh r
ều nên chúng
. Phân lớp p
Do các
ược tiền xử lý
hần tử cấu trú
H
Sau khi
ể loại bỏ các
ì yếu tố quan
ấy bằng cách
Quá trìn
ứ nhất lên ản
ích thước và
Hình 7a). Sau
hần tử này th
ụng các phép
ộ tương phản
chuyển sang
toán căng tổ c
ó I(x, y) là m
nhỏ nhất tro
i ảnh xám thà
yển đổi ảnh x
]. Phương phá
ầy nâu được g
tôi chọn phư
Hình
hổ quần thể
hình ảnh rầy n
có thể bị sai
c thứ nhất nhằ
ình 5. Phần tử
khôi phục đư
đối tượng kh
trọng là phả
phân tích mộ
h phân lớp p
h nhị phân th
hình dạng của
khi áp dụng p
ì tiếp tục thực
toán hình thá
của ảnh xám
ảnh xám thì c
hức đồ (linea
ức xám tại đi
ng ảnh, I’(x,
nh ảnh nhị ph
ám thành ảnh
p này thường
hi lại trong đ
ơng pháp phâ
4. Hình ảnh k
rầy nâu dựa t
âu được chụp
lệch, xuất hi
m mục đích l
cấu trúc thứ n
ợc hình dạng
ông phải rầy
i tìm được ph
t vài mẫu rầy
Hình 6. Mộ
hổ quần thể r
u được ở bướ
phần tử rầy
hép toán thì
hiện phép to
i giúp phát hi
(a)
PHÁT HIỆN PH
ông việc tiếp
r transform hi
ܫᇱ(ݔ, ݕ) ൌ 2
ểm ảnh có tọ
y) là giá trị m
ân
nhị phân ch
được sử dụn
iều kiện trời
n ngưỡng thíc
ết quả bước tiề
rên các phép
lại trong điều
ện các phần th
oại bỏ các nhi
hất được sử dụ
của rầy nâu t
nâu dựa trên
ần tử cấu trú
nâu từ đó suy
t số mẫu rầy đư
ầy nâu được
c tiền xử lý. P
nâu trong ảnh
vẫn còn một s
án mở ảnh củ
ện phổ quần t
Ổ QUẦN THỂ R
theo là tiến h
stogram) [13]
55 ൈ (ܫ(ݔ, ݕ)(݉ܽݔ െ
a độ là (x, y),
ức xám sau k
úng tôi sử dụ
g trong trườn
tối dùng ánh
h ứng trong tr
n xử lý. (a)-ảnh
toán hình th
kiện ánh sán
ừa hoặc thiếu
ễu hạt nhỏ cũn
ng để loại bỏ hạ
rong ảnh. Bư
đặc điểm hình
c phù hợp vớ
ra được phần
ợc sử dụng để
thực hiện dựa
hép toán này
đồng thời cò
ố phần tử khô
a phần tử cấu
hể rầy nâu tro
(b)
ẦY NÂU DỰA
ành nâng cao
. Giải thuật đ
െ ݉݅݊)
݉݅݊)
max là giá tr
hi tiến hành c
ng phương ph
g hợp hình ản
sáng của bẫy
ường hợp này
màu, (b)-ảnh x
ái
g không đồng
so với hình
g như phục h
t sạn và khôi p
ớc tiếp theo ta
thái của rầy
i phép toán. P
tử cấu trúc c
tìm phần tử cấu
trên phép m
giúp loại bỏ n
n giúp tách r
ng phải là rầy
trúc thứ hai v
ng ảnh (Hình
TRÊN TIẾP CẬN
độ tương phả
ược thực hiện
ị mức xám lớ
ăng tổ chức đ
áp phân ngư
h có sự phân
đèn nên độ s
.
ám, (c)-ảnh nh
đều nên các
dạng ban đầu
ồi lại hình dạn
hục hình dạng
cần áp dụng
nâu. Để áp d
hần tử cấu tr
ần tìm (Hình
trúc thứ hai.
ở ảnh (openin
hiễu hạt có k
ời các phần tử
nâu tồn tại tr
ới ảnh mới x
7b).
(c)
XỬ LÝ ẢNH
n để làm ảnh
dựa vào công
n nhất trong ả
ồ tại điểm ảnh
ỡng thích ứng
bố độ sáng k
áng trong ảnh
ị phân
hình ảnh rầy n
. Từ đó cần đ
g rầy nâu (Hì
rầy nâu trong ả
các phép toá
ụng phép toán
úc này có thể
6).
g) của phần t
ích thước nhỏ
rầu nâu nằm
ong ảnh. Để
ử lý. Kết quả
HÌNH THÁI
rõ nét hơn
thức sau:
nh, min là
có tọa độ
(adaptive
hông đều.
sẽ không
âu sau khi
ề xuất một
nh 5).
nh
n hình thái
hình thái
được tìm
ử cấu trúc
, phục hồi
gần nhau
loại bỏ các
sau khi áp
TD
g
k
rần Công Nghị, T
Hình 7. (
. Đếm số lượ
Chức n
án nhãn vùng
hi thực hiện p
Giải th
Đầ
Đầ
Các
Bư
Bư
Bư
(tham k
Bư
(tham k
Bư
trong ph
Bư
Bư
dạng hìn
Bư
structEl
Bư
morIma
thời lưu
rần Công Án, H
a)-Ảnh nhị phâ
ng các cá th
ăng đếm số lư
tuần tự (sequ
hương pháp n
uật: Phát hiện
u vào: ảnh rầy
u ra: ảnh sau
bước trong g
ớc 1: tạo các h
grayImage
binaryIma
inverseIma
morImage
outImage:
ớc 2: khởi tạo
structElem
structElem
ớc 3: chuyển
hảo giải thuật
grayImage
ớc 4: nâng ca
hảo giải thuật
grayImage
ớc 5: chuyển
ần III.B.3):
binaryIma
ớc 6: lấy nghị
inverseIma
ớc 7: áp dụng
h thoi structE
morImage
ớc 8: áp dụng
ement2 (tham
morImage
ớc 9: áp dụng
ge để đếm số
hình ảnh sau
countBPH
uỳnh Xuân Hiệp
n thu được khi
khi áp dụ
ể trong phổ q
ợng rầy nâu t
ential region
ày sẽ thu đượ
Hình 8
phổ quần th
nâu inImage
khi phát hiện
iải thuật:
ình ảnh có k
: lưu ảnh xám
ge: lưu ảnh n
ge: lưu nghịc
: lưu ảnh sau
lưu ảnh kết q
phần tử cấu t
ent1: phần tử
ent2: phần tử
đổi hình ảnh
trong phần II
= convertTo
o độ tương p
trong phần II
= linearTran
đổi ảnh xám
ge = convertT
ch đảo của ản
ge = inverse
phép toán m
lement1 (tha
= openingIm
phép toán m
khảo phần II
= openingIm
thuật toán gá
lượng rầy n
khi phân vùn
= sequential
áp dụng phép t
ng phép toán h
uần thể rầy n
rong ảnh đã p
labeling) [15]
c các vùng đ
. Ảnh thu được
ể rầy nâu.
.
phổ quần thể
ích thước bằn
.
hị phân.
h đảo của ảnh
khi áp dụng p
uả sau khi áp
rúc áp dụng c
cấu trúc có d
cấu trúc có d
đầu vào inIm
I.B.1):
Gray(inImage
hản của ảnh x
I.B.2):
sform(grayIm
grayImage
oBinary(gray
h nhị phân bi
BinaryImage(
ở ảnh lên ản
m khảo phần
age(inverseIm
ở ảnh lên ảnh
.B):
age(morImag
n nhãn vùng
âu và lưu kết
g vào biến ou
RegionLabeli
(a)
oán hình thái v
ình thái với ph
âu dựa vào p
hát hiện phổ q
sử dụng khái
ược gán nhãn
sau khi áp dụn
rầy nâu outIm
g với kích thư
nhị phân.
hép toán hình
dụng phép to
ho phép toán
ạng hình thoi
ạng hình vuôn
age thành ảnh
);
ám grayImag
age);
thành ảnh nh
Image);
naryImage và
binaryImage)
h nghịch đảo
II.B):
age, structEl
morImage sử
e, structElem
tuần tự lên ản
quả số lượng
tImage (tham
ng(morImage
ới phần tử cấu
ần tử cấu trúc t
hương pháp g
uần thể rầy n
niệm 4 liên t
rời nhau trong
g thuật toán ph
age và số lượ
ớc ảnh rầy nâ
thái.
án đếm số lượ
hình thái:
kích thước là
g có kích thư
xám và lưu
e và lưu tiếp
ị phân binary
lưu vào biến
;
invertImage
ement1);
dụng phần tử
ent2);
h sau khi đượ
rầy nâu vào
khảo giải thu
, outImage);
(b)
trúc thứ nhất, (b
hứ hai
án nhãn vùn
âu được thực
hông (4-conn
ảnh (Hình 8
ân vùng
ng rầy nâu co
u ban đầu inI
ng rầy nâu.
3.
ớc là 3.
vào biến ảnh
vào biến ảnh
Image (tham
ảnh nghịch đ
sử dụng phầ
cấu trúc có
c áp dụng ph
biến kết quả
ật phần III.D)
)- Ảnh nhị phâ
g tuần tự
hiện bằng ph
ected) [15]. K
).
untBPH.
mage:
xám grayIm
xám grayIm
khảo giải th
ảo reImage
n tử cấu trú