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病虫害识别笔记4:叶片颜色特征

植物叶片的颜色特征可用于叶片图像的形态分析学。正常叶片的叶绿体中有两大类光合色素,其中叶绿素和类胡萝卜素的比值是3:1,叶绿素a和叶绿素b的比例大约也是3:1,叶黄素和胡萝卜素的比值大约为2:1。正常情况下,叶绿素比类胡萝卜素多,因此叶子是绿色的。当温度逐渐降低时,低温导致叶片无法合成新的叶绿素,原有的叶绿素也逐渐被破坏掉,导致叶绿素比类胡萝卜素少,树叶的颜色就会由绿变黄。

1、颜色空间的选取

为了有效地获得目标图像的颜色特征,必须选择适合人类视觉系统的模型,例如RGB、HSV和YUV等模型。人眼收到不同波长的可见光刺激,就可以感受到不通的颜色。红、绿、蓝是显示色彩的基础,通常把它们称为RGB颜色模型,其他颜色都可以由RGB三种基色按照不同的比例相加而成,因此RGB模型也叫加色模型。

在图像处理中,HSV模型也被广泛采用。与RGB模型相比,HSV更符合人们的视觉习惯。HSV的3个元素是H(色相)、S(饱和度)和V(亮度),它构成了人类视觉系统的三要素。色相H表示不同的颜色,如红色、绿色、蓝色、黄色等,它的角度范围是0~360度;饱和度S表示颜色的深度,如深色和浅色,取值范围通常是0~1;亮度V表示颜色亮度等级,取值范围通常是0~1。一般而言,亮度值主要受光波能量的影响,光波能量越大,亮度就越大。

HSV模型具有直观和容易接受的优点。一般来说,叶片图像是在不同光照条件下拍摄的,如果使用RGB模型,将无法单独表示亮度和颜色信息;但是对于HSV模型而言,亮度和颜色信息各自独立,颜色不受亮度的影响。因此,如果采集的叶片图像是RGB模型的,就需要将其转换为HSV模型。

YUV模型也较为常见。在该模型中,Y代表亮度,可理解为灰度值,它是独立的;U和V分别代表色差,其中U表示蓝色,V表示红色。YUV模型很简单,但能充分反映图像灰度的特点,通过失去色度信息来达到节省存储空间的目的。

2、常用的叶片颜色分类特征

(1)颜色直方图
(2)颜色矩
(3)颜色集

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