草莓富含多种营养元素，是一种重要的生果。跟着我国栽培结构的调整，草莓栽培面积逐年扩展。因为草莓基肥施用量大、需水多，杂草成长旺盛。别的草莓植株矮小，栽培密度大，除草困难。据研讨，杂草损害可使草莓减产15%～20%，因而草害防治成为草莓出产中的首要作业。草莓田间除草可经过人工除草，覆膜压草，轮作换茬等归纳办法进行。James等2002年指出经过轮作、混作能够削减草莓杂草[1]。Haar等 2003年研讨了在草莓移栽前运用熏蒸剂三氯硝基甲烷的杂草防治作用[2]。这些办法都削减了杂草的损害，可是现阶段草莓苗期杂草的防治仍是离不开化学防治。除草剂对草莓的质量和产值都会发生极大的影响，特别是无公害草莓出产要求的提出，使得对经过除草剂防治的要求进一步进步。而人工除草作业量大，因为我国人口老龄化、农村人口城镇化，这一办法也面对应战。近年来，运用机器视觉，经过剖析田间图画、主动控制喷头、智能喷洒除草剂已成为现代农业中杂草防治的首要方向。因而运用机器视觉防治草莓杂草是下降农药污染、添加产值、削减人工的重要途径。
1 草莓苗期杂草的防治战略
现有运用机器视觉辨认杂草的算法中，首要是以形状特征为辨认特征。Onyango等2003年经过形状特征辨认作物和杂草，试验中辨认率别离到达82%～92%和68%～92%[3]。Aitkenhead等2003年运用人工神经网络对形状特征进行研讨，对胡萝卜麦苗与黑麦草和藜的辨认率超越 75%[4]。S?gaard2005年运用形状模板进行杂草辨认到达65%～90%以上的辨认率[5]。得到辨认成果后，现有相关研讨一般是将一幅图画分红若干子区域，依据子区域中杂草的状况喷洒除草剂。2002年田磊开发除草剂准确喷洒体系时运用多个喷头排成一列，跋涉中每个喷头担任一个子区域 [6]。2003年Gillis等开发主动除草设备时，将方针区域分为15cm×15cm的子区域，每个区域中心设置一个喷头[7]。经过这样的操作，完成尽量把除草剂喷在杂草上，在作物、土壤上少喷甚至不喷除草剂。
草莓杂草防治中，因为除草剂对草莓的成长影响很大，首要要求除草剂尽量不喷洒到草莓上。可是在苗期，杂草刚刚呈现的时分，杂草植株小不易辨认; 另一方面，运用现有的辨认办法辨认率无法到达100%，存在将草莓辨以为杂草的状况。所以运用传统的辨认战略喷洒除草剂简单损伤草莓植株。假如将草莓辨认出来，在不是草莓的区域喷洒除草剂，就能够维护草莓并防治杂草。尽管这一办法未显着改进土壤中农药残留的问题，可是关于维护草莓，特别在无公害草莓的出产中作用显着。别的，这样喷洒除草剂也必定程度上削减了除草剂的运用量。因而，运用机器视觉辨认出草莓后将除草剂喷洒在不是草莓的区域是针对草莓苗期杂草防治的有用战略。
2 图画处理算法和除草剂的喷洒办法
从田间获取的原始图画包含草莓、杂草和布景，首要需求经过切割操作将布景去除。经过硬件设备得到的五颜六色数字图画初始状况均为RGB图画，如图1 （a）所示。在RGB图画中，每一个RGB五颜六色像素由R、G、B三个值表明，三个重量的取值规模由存储办法决议。现在运用的全五颜六色图画，每个像素24个字节，每个重量8个字节，所以每个重量都分为256（28）个灰度级。因为阈值切割是杂草图画切割中的首要算法，切割操作首要是确认切割时运用的特征。 Woebbecke等1995年提出超绿特征（2g-r-b）用于杂草图画的切割，并剖析了r-b、g-b、（g-b）/（r-g）和H等其它色彩特征，成果以为（2g-r-b）最为可取[8]。在现有的杂草图画切割研讨中，这一成果被广泛承受，超绿特征为代表的色彩特征成为最首要的杂草切割特征。可是切割差错的问题仍然没有解决，2006年毛罕相等剖析了影响切割差错的要素[9]。作者经过很多试验，运用遗传算法优化切割特征，得到优化后的特征为：-149R+ 218G-73B，削减了这些要素的影响。本文选用优化后的特征进行杂草图画的切割。若切割处理后的像素点为g，则：
其间标记为1的像素为草莓和杂草，而标记为0的像素为布景。T表明切割阈值。
切割后杂草因为刚刚呈现、植株体积小，在图画中所占像素点相对较少。经过形态学开操作能够在较少改动草莓概括的状况下去除图画中的杂草像素，这样就得到了草莓的图画。因而，运用机器视觉防治草莓苗期杂草的办法为：
STEP1：运用特征-149R+218G-73B，经过阈值切割去除土壤等布景;
STEP2：对切割成果二值化后进行开操作得到草莓图画;
STEP3：将草莓图画分为6行8列共6×8=48个子区域，依据是否有草莓的像素确认每个区域是否喷洒除草剂。
运用机器视觉防治草莓苗期杂草的研讨
图1 草莓苗期杂草图画 （a）原图（b）切割后的图画（c）辨认成果（d）喷洒子区域（e）喷洒办法
如图1（a）所示，在原始图画中，杂草植株小，不易发现，人作业业难以铲除。图1（a）切割去除土壤后布景变为白色，杂草零散散布于图画中，色彩差异显着，如图1（b）所示。图1（b）二值化后经过形态学开操作得到图1（c），图中铲除了杂草对应的像素，剩余黑色部分为草莓在图画中对应的像素。然后将图1（c）分为6行8列共6×8=48个子区域，如图1（d）所示。再依据每个区域有无草莓像素确认是否喷洒除草剂，因而图1（d）得到的喷洒办法如图1（e）所示，其间色彩加深了的子区域为喷洒除草剂的区域，色彩未改动的子区域不喷洒除草剂。
3 试验成果与剖析
运用Canon A75数码相机2006年10月22日下午17：30左右在柳州市西鹅乡草莓地收集20幅草莓苗期杂草图画。按本文办法进行图画处理，辨认成果和喷洒成果如表1所示。
表1 辨认成果和喷洒办法
运用机器视觉防治草莓苗期杂草的研讨
如表1所示，按本文办法处理后，可节约50%左右的除草剂，并且基本上没有将除草剂喷洒到草莓上，一起漏喷除草剂的区域也很少，基本上完成了草莓苗期杂草的防治。在有草莓的子区域却喷洒了除草剂的状况中，草莓在区域中面积很少，多是一些叶片边际，这首要是开操作删去了一些叶片边际。这类状况的数量较少并且首要是草莓叶片边际，所以对草莓的损害也不大。在没有草莓而未喷洒除草剂的区域中，首要是杂草植株现已长大，所占面积相对较多，开操作无法将其从图画中铲除。明显本办法适用于草莓移栽后，杂草没有长大的时期，跟着杂草的不断成长，本办法的有用性逐步下降。
明显，图画被分为若干子区域的过程中，子区域的巨细直接影响最终的辨认成果。子区域过大，简单呈现杂草和草莓在同一区域中，然后未喷洒除草剂，影响了除草作用。另一方面，因为开操刁难草莓边际有一些改动，若区域过小，被删去的草莓叶片边际独自占有子区域的数量添加，这些子区域都被喷洒除草剂，然后影响草莓成长。经过很多试验，关于草莓苗期图画，子区域面积为图画中草莓叶片巨细相若时得到的作用较优。
4 定论
针对草莓苗期杂草防治的特色，本文提出运用机器视觉辨认出草莓后在不是草莓的区域喷洒除草剂的喷洒战略，并依据这一喷洒战略得到了相应的处理办法。试验成果显现该办法很少将除草剂喷洒到草莓上，一起漏喷除草剂的区域也不多，基本上完成了草莓苗期杂草的防治，并节约了50%左右的除草剂。该办法可应用于相似草莓这样对农药残留要求高的作物的杂草防治中。
