ES2470065A1 - System and procedure to automatically determine the number of flowers of an inflorescence (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
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Abstract
Sistema y procedimiento para determinar automáticamente el número de flores de una inflorescencia. El procedimiento comprende: - capturar una imagen original (100) de la inflorescencia sobre un fondo (104) que contraste con la inflorescencia; - convertir la imagen original (100) al espacio de color CIELAB; - segmentar dicha imagen convertida aplicando un umbral de segmentación (200) en los valores de los ejes de colores complementarios a* o b*, para obtener los pixeles que representan la inflorescencia (202); - filtrar los grupos de pixeles encadenados que representan la inflorescencia (202) en función de su situación como valores de intensidad que representan máximos locales; - agrupar en diferentes aéreas brillantes (302) los pixeles filtrados que estén interconectados; - realizar un filtrado sobre las áreas brillantes (302) para eliminar aquellas que no corresponden a flores, incluyendo un filtrado por tamaño del área brillante (302) y un filtrado en función de la distancia con otras áreas brillantes (302).System and procedure for automatically determining the number of flowers in an inflorescence. The method comprises: - capturing an original image (100) of the inflorescence on a background (104) that contrasts with the inflorescence; - convert the original image (100) to the CIELAB color space; - segmenting said converted image by applying a segmentation threshold (200) on the values of the complementary color axes a* or b*, to obtain the pixels representing the inflorescence (202); - filtering the chained pixel groups representing the inflorescence (202) based on their location as intensity values representing local maxima; - grouping in different bright areas (302) the filtered pixels that are interconnected; - filtering on the bright areas (302) to eliminate those that do not correspond to flowers, including filtering by size of the bright area (302) and filtering based on distance from other bright areas (302).
Description
Campo de la invención La presente invención se refiere a un sistema que proporciona una estimación del número de flores de vid mediante visión artificial. Esta evaluación permite predecir de forma robusta, fiable y muy temprana (cuatro meses antes de la vendimia) la producción de uva del viñedo. Field of the Invention The present invention relates to a system that provides an estimate of the number of vine flowers through artificial vision. This evaluation allows you to predict robustly, Reliable and very early (four months before the harvest) the grape production of the vineyard.
Antecedentes de la invención La determinación del número de flores de una inflorescencia de una especie vegetal en condiciones de pleno campo tiene interés científico, biológico, agron�mico y económico. Aplicado al viñedo, la determinación fiable y robusta del número de flores de vid supondría dar un paso significativo en la estimación de la producción de uva de forma temprana y automatizada, lo cual permitiría a la industria vitivin�cola optimizar la gestión del viñedo de forma objetiva (Le. regular el aclareo de uva ... ) y realizar las predicciones de la cosecha de uva final, tiempo y jornaleros necesarios para la vendimia, as� como del precio final de la uva. Background of the invention The determination of the number of flowers of an inflorescence of a plant species in Full field conditions have scientific, biological, agronomic and economic interest. Applied to the vineyard, the reliable and robust determination of the number of vine flowers would mean take a significant step in estimating grape production early and automated, which would allow the wine industry to optimize the management of the vineyard objective form (Le. regulate grape thinning ...) and make predictions of the harvest of final grape, time and day laborers necessary for the harvest, as well as the final price of the grape.
Actualmente no se conoce ningún sistema en el mercado que permita determinar de forma automática el número de flores de una inflorescencia de una especie vegetal en condiciones de pleno campo. Es importante resaltar que el sistema es válido para todas aquellas plantas de fruto que tienen las flores agrupadas en una inflorescencia, que son la mayoría. Por ejemplo, una aplicación concreta y muy útil es la aplicación al conteo de flores en vid. Hasta la fecha, en el sector vit�cola solo se realizan estimaciones de la producción de uva de forma manual y no objetiva. El sistema tradicional de estimación de los componentes de la producción de uva del viñedo se realiza mediante el pesaje de los racimos y el conteo de bayas en laboratorio. Esto requiere que los racimos han de ser desgranados manualmente para después, pesar las bayas o colocarlas en una bandeja y ser fotografiadas en condiciones de luz controladas para el posterior procesamiento de la imagen. Por lo tanto, este método es manual y destructivo, requiriendo la vendimia del racimo a muestrear y su traslado al laboratorio donde se toman las imágenes. Además, por su laboriosidad, estos métodos manuales requieren una elevada mano de obra y tiempo de ejecución, por lo que los muestreos suelen ser pequeños, insuficientes y generalmente no representativos. Currently there is no known system in the market that allows to determine in a way automatic number of flowers of an inflorescence of a plant species in conditions full field. It is important to note that the system is valid for all those plants of fruit that have the flowers grouped in an inflorescence, which are the majority. By For example, a concrete and very useful application is the application to the counting of flowers on the vine. Until the date, only grape production estimates are made in the wine sector manual and not objective. The traditional system for estimating the components of the Vineyard grape production is done by weighing the clusters and counting Berries in the laboratory. This requires that the bunches have to be manually shelled then weigh the berries or place them on a tray and be photographed in controlled light conditions for subsequent image processing. Thus, This method is manual and destructive, requiring the harvest of the cluster to be sampled and its Transfer to the laboratory where the images are taken. In addition, for their industriousness, these manual methods require high labor and runtime, so Samples are usually small, insufficient and generally not representative.
Otros sistemas permiten la estimación en campo del número de bayas o granos de uva (no de flores) mediante análisis de imagen. Estos sistemas est�n desarrollados para ser utilizados después del cuajado, en �pocas más cercanas a la vendimia, cuando ya est�n totalmente formados los granos de uva y los racimos. Además, estos sistemas requieren la toma de imágenes por la noche (oscuridad total), para evitar la influencia de la luz solar. Other systems allow the field estimation of the number of berries or grape grains (not flowers) by image analysis. These systems are developed to be used after curdling, at times closer to the grape harvest, when the grapes and clusters are fully formed. In addition, these systems require the taking of images at night (total darkness), to avoid the influence of sunlight.
Por lo tanto, los sistemas actuales requieren instrumentos específicamente construidos, la destrucción de las muestras tomadas y horarios de toma de imágenes no habituales para los trabajos en la agricultura, no permitiendo además una estimación temprana de la producción de uva del viñedo. Therefore, the current systems require specifically constructed instruments, the destruction of the samples taken and hours of unusual images for the work in agriculture, also not allowing an early estimate of the grape production of the vineyard.
Existe también bastante literatura científica en relación a la importancia de la determinación del número de flores de vid. La floraci�n y tasa de cuajado son los factores de mayor importancia en la producción del viñedo [1]. Estos dos procesos fisiológicos definen el número de bayas por racimo, que junto con el peso de la baya determinan la arquitectura y compacidad del racimo (racimos sueltos o compactos), considerados como indicadores de la calidad de la uva y el vino [2]. La eficiencia reproductiva, que condiciona la tasa de cuajado, es dependiente de la variedad y del clon de vid seleccionado ([1], [3], [4]) e influenciada por factores fisiológicos, ambientales y patológicos [5]. There is also quite a lot of scientific literature regarding the importance of determining the number of vine flowers. Flowering and fruit set rate are the most important factors in vineyard production [1]. These two physiological processes define the number of berries per cluster, which together with the weight of the berry determine the architecture and compactness of the cluster (loose or compact clusters), considered as indicators of grape and wine quality [2]. Reproductive efficiency, which determines the setting rate, is dependent on the variety and the selected vine clone ([1], [3], [4]) and influenced by physiological, environmental and pathological factors [5].
La tasa de cuajado ha sido estimada en varios trabajos que evaluaban los efectos de las prácticas de cultivo en la viticultura desde el siglo XIX ([1], [6]), incluyendo la poda en verde [7], despuntado ([8], [9]) deshojado precoz [10], anillado [11] Y aplicación de reguladores de crecimiento ([9], [12]) Y nutrientes ([13], [14]). En la mayoría de estos estudios, se utilizó el número de bayas por racimo para estimar el cuajado bajo el supuesto de que el número de flores por inflorescencia inicial era constante. Sin embargo, el número de flores por inflorescencia muestra una fuerte variación entre cepas y entre inflorescencias de una misma planta [1]. Por lo tanto, la determinación o conteo del número de flores por inflorescencia es esencial para la evaluación precisa de la tasa de cuajado. The setting rate has been estimated in several works that evaluated the effects of cultivation practices in viticulture since the 19th century ([1], [6]), including pruning in green [7], blunt ([8] , [9]) early leaflessness [10], banding [11] and application of growth regulators ([9], [12]) and nutrients ([13], [14]). In most of these studies, the number of berries per cluster was used to estimate fruit set under the assumption that the number of flowers per initial inflorescence was constant. However, the number of flowers per inflorescence shows a strong variation between strains and between inflorescences of the same plant [1]. Therefore, the determination or counting of the number of flowers per inflorescence is essential for the precise evaluation of the setting rate.
Multitud de métodos se han desarrollado para determinar el número de flores por inflorescencia. May [15] y Keller et al. [16] propusieron envolver la inflorescencia con una bolsa de malla tupida atada al pedúnculo de la misma desde la antesis hasta el cuajado completo, para después contar los cálices florales recolectados y con ellos estimar el número de flores total por racimo. Este método, aunque efectivo, requiere mucho tiempo y esfuerzo para cada una de las inflorescencias. En Poni et al. [10] un conjunto de 20 inflorescencias se fotografiaron individualmente con una cámara digital perpendicular a la misma y utilizando un fondo negro. Posteriormente el número de flores en la fotografía se contaba manualmente en una impresión de la misma con el objetivo de determinar la relación directa o lineal entre número de flores contadas y total presente en la inflorescencia. Many methods have been developed to determine the number of flowers per inflorescence. May [15] and Keller et al. [16] proposed to wrap the inflorescence with a dense mesh bag tied to the peduncle of the same from the antecedent to the complete setting, and then count the floral calyces collected and with them estimate the total number of flowers per cluster. This method, although effective, requires a lot of time and effort for each of the inflorescences. In Poni et al. [10] a set of 20 inflorescences were photographed individually with a digital camera perpendicular to it and using a black background. Subsequently, the number of flowers in the photograph was manually counted in an impression of it in order to determine the direct or linear relationship between the number of flowers counted and the total present in the inflorescence.
Los sistemas de visión por ordenador se utilizan para la inspección automatizada en agricultura y procesado de alimentos ([17], [18], [19]). Además del análisis de color o daños superficiales, la forma, tamaño y textura son características que pueden ser valoradas objetivamente por un sistema de análisis de imagen, lo que lo convierten en una herramienta precisa para el control de la calidad, reconocimiento automático o estimación de la producción ([20], [21], [22]). Sin embargo, la eficiencia de un sistema de visión por ordenador basado únicamente en el análisis del color est� altamente influenciada por las condiciones de iluminación, ángulo de captura y composición del objeto. En viticultura se han realizado algunos trabajos en análisis de imagen RGB, con el objetivo de estimar el número de bayas por racimo en el momento de cosecha utilizando únicamente segmentación por color [23]. Grossetete et al. [24] desarrollaron una aplicación capaz de contar el número de bayas (en tamaño guisante), de imágenes RGB tomadas durante la noche con un teléfono móvil con cámara, mediante un sistema que identifica un punto brillante en el centro de las bayas creado por la reflexión de la luz del flash de la cámara. Sin embargo, este método no es técnicamente válido para la detección de flores, porque la forma de las mismas no genera el punto brillante anteriormente mencionado. Computer vision systems are used for automated inspection in agriculture and food processing ([17], [18], [19]). In addition to the analysis of color or surface damage, the shape, size and texture are characteristics that can be objectively assessed by an image analysis system, which makes it an accurate tool for quality control, automatic recognition or estimation of production ([20], [21], [22]). However, the efficiency of a computer vision system based solely on color analysis is highly influenced by the lighting conditions, angle of capture and composition of the object. In viticulture some work has been done in RGB image analysis, with the aim of estimating the number of berries per bunch at harvest time using only color segmentation [23]. Grossetete et al. [24] developed an application capable of counting the number of berries (in pea size), of RGB images taken at night with a mobile phone with a camera, using a system that identifies a bright spot in the center of the berries created by the Reflection of camera flash light. However, this method is not technically valid for the detection of flowers, because their shape does not generate the bright spot mentioned above.
Por tanto, no existe actualmente ningún sistema que permita la estimación automática del número de flores de vid por inflorescencia en condiciones de pleno campo sin iluminación controlada. Therefore, there is currently no system that allows automatic estimation of the number of vine flowers per inflorescence in full field conditions without controlled lighting.
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Descripci�n de la invención la presente invención permite resolver los problemas anteriormente mencionados, mediante una solución simple, económica, rápida, precisa y robusta basada en visión artificial, por la que se analizan fotografías en color tomadas durante el día en condiciones de campo que no conlleve la destrucción de racimo, y se estimen automáticamente el número de flores por inflorescencia. Description of the invention the present invention allows solving the above-mentioned problems, by means of a simple, economical, fast, precise and robust solution based on artificial vision, by which color photographs taken during the day in field conditions are analyzed. does not lead to the destruction of the cluster, and the number of flowers is estimated automatically by inflorescence.
Un primer aspecto de la presente invención se refiere a un procedimiento para determinar automáticamente el número de flores de una inflorescencia, preferiblemente de una vid. El procedimiento comprende: A first aspect of the present invention relates to a method for automatically determining the number of flowers of an inflorescence, preferably of a vine. The procedure includes:
- --
- capturar una imagen original de la inflorescencia sobre un fondo homogéneo que contraste con el color de la inflorescencia; capture an original image of the inflorescence on a homogeneous background that contrasts with the color of the inflorescence;
- --
- convertir la imagen original al espacio de color CIELAB; convert the original image to the CIELAB color space;
- --
- segmentar la imagen convertida al espacio de color CIELAB mediante la aplicación de un umbral de segmentación en los valores de los denominados ejes de colores complementarios a* o b*, para obtener los p�xeles que representan la inflorescencia; -filtrar los grupos de p�xeles encadenados que representan la inflorescencia en función de su situación como valores de intensidad que representan máximos locales; -agrupar en diferentes áreas brillantes los p�xeles filtrados que est�n interconectados; -realizar un filtrado sobre las áreas brillantes para eliminar aquellas que no corresponden a flores, donde dicho filtrado incluye un filtrado por tamaño del área brillante segment the image converted to the CIELAB color space by applying a segmentation threshold in the values of the so-called complementary color axes a * or b *, to obtain the pixels representing the inflorescence; -filtrate the groups of chained pixels that represent the inflorescence based on their situation as intensity values that represent local maximums; -grouping the filtered pixels that are interconnected in different bright areas; - make a filtering on the bright areas to eliminate those that do not correspond to flowers, where said filtering includes a filtering by size of the bright area
(302) y un filtrado en función de la distancia con otras áreas brillantes. (302) and filtering based on distance with other bright areas.
La captura de la imagen original de la inflorescencia se realiza preferentemente en condiciones de campo con iluminación no controlada. The original inflorescence image is captured preferably in field conditions with uncontrolled lighting.
El umbral de segmentación se puede seleccionar automáticamente para cada imagen en función de las agrupaciones de valores presentes en el histograma de la coordenada a* o b* indistintamente. El umbral de segmentación es preferiblemente el valor mínimo local posterior al máximo global en el histograma de la coordenada a* o b*. The segmentation threshold can be automatically selected for each image based on the groupings of values present in the histogram of the coordinate a * or b * interchangeably. The segmentation threshold is preferably the local minimum value after the global maximum in the histogram of the a * or b * coordinate.
En una realización preferente los p�xeles que representan la inflorescencia son aquellos cuyo nivel de intensidad en la coordenada b* supere el umbral de segmentación. En otra realización, los p�xeles que representan la inflorescencia son aquellos cuyo nivel de intensidad en la coordenada a* sea inferior al umbral de segmentación. In a preferred embodiment the pixels representing the inflorescence are those whose intensity level in the b * coordinate exceeds the segmentation threshold. In another embodiment, the pixels representing the inflorescence are those whose intensity level in the coordinate at * is less than the segmentation threshold.
El filtrado realizado sobre las áreas brillantes incluye preferentemente un filtrado en función de la forma del área brillante. El filtrado por forma de las áreas brillantes puede incluir el cálculo de la relación entre el eje mayor y el eje menor de cada área brillante. Filtering performed on the bright areas preferably includes filtering based on the shape of the bright area. The filtering by shape of the bright areas may include the calculation of the relationship between the major axis and the minor axis of each bright area.
El filtrado de los grupos interconectados de p�xeles que representan la inflorescencia se puede realizar en función de su consideración como máximos locales en sus valores de luminosidad. The filtering of the interconnected groups of pixels representing the inflorescence can be carried out based on their consideration as local maximums in their luminosity values.
Un segundo aspecto de la presente invención se refiere a un sistema para determinar automáticamente el número de flores de una inflorescencia. El sistema se implementa preferiblemente en un dispositivo móvil y comprende: A second aspect of the present invention relates to a system for automatically determining the number of flowers of an inflorescence. The system is preferably implemented in a mobile device and comprises:
- --
- medios de captura de imágenes configurados para capturar una imagen original de la inflorescencia sobre un fondo homogéneo que contraste con el color de la inflorescencia; -medios de procesamiento de datos configurados para: image capture means configured to capture an original image of the inflorescence on a homogeneous background that contrasts with the color of the inflorescence; -data processing means configured for:
• convertir la imagen original al espacio de color CIELAB; • convert the original image to the CIELAB color space;
- • •
- segmentar la imagen convertida al espacio de color CIELAB mediante la aplicación de un umbral de segmentación en la coordenada a* o b*, para obtener unos p�xeles que representan la inflorescencia; segment the image converted to the CIELAB color space by applying a segmentation threshold in the coordinate a * or b *, to obtain pixels representing the inflorescence;
- • •
- filtrar los p�xeles que representan la inflorescencia en función de sus valores de luminosidad; filter the pixels representing the inflorescence based on its brightness values;
- • •
- agrupar en diferentes áreas brillantes los p�xeles filtrados que est�n interconectados; group the filtered pixels that are interconnected into different bright areas;
- • •
- realizar un filtrado sobre las áreas brillantes para eliminar aquellas que no corresponden a flores, donde dicho filtrado incluye un filtrado por tamaño del área brillante y un filtrado en función de la distancia con otras áreas brillantes. perform a filtering on the bright areas to eliminate those that do not correspond to flowers, where said filtering includes a filtering by size of the bright area and a filtering based on the distance with other bright areas.
Los medios de procesamiento de datos est�n preferiblemente configurados para seleccionar el umbral de segmentación automáticamente para cada imagen en función de las agrupaciones de valores presentes en el histograma de la coordenada a* o b*. The data processing means are preferably configured to select the segmentation threshold automatically for each image based on the groupings of values present in the histogram of the a * or b * coordinate.
El filtrado realizado por los medios de procesamiento de datos sobre las áreas brillantes incluye preferiblemente un filtrado en función de la forma del área brillante, pudiendo incluir el cálculo de la relación entre el eje mayor y el eje menor de cada área brillante. The filtering performed by the data processing means on the bright areas preferably includes filtering based on the shape of the bright area, and may include the calculation of the relationship between the major axis and the minor axis of each bright area.
Como ventajas de la invención destacar que el sistema empleado para la detección de flores es robusto y permite el análisis de imágenes fotográficas obtenidas en condiciones de pleno campo. Además, es posible implementarlo en dispositivos móviles (smartphones, tablets, etc) que incorporan un procesador y una cámara para la adquisición de imágenes. As advantages of the invention, it should be noted that the system used for the detection of flowers is robust and allows the analysis of photographic images obtained in full field conditions. In addition, it is possible to implement it in mobile devices (smartphones, tablets, etc.) that incorporate a processor and a camera for image acquisition.
En resumen, la presente invención presenta las siguientes ventajas: In summary, the present invention has the following advantages:
- • •
- Las fotos se pueden tomar en condiciones de pleno campo, con luz solar, y con la única restricción de utilizar una cartulina de color negro como fondo. The photos can be taken in full field conditions, with sunlight, and with the only restriction of using a black cardboard as a background.
- • •
- No es necesaria una distancia fija desde el dispositivo de toma de imágenes a la inflorescencia. El sistema se auto-ajusta a la distancia tomada. A fixed distance from the imaging device to the inflorescence is not necessary. The system adjusts itself to the distance taken.
- • •
- No es necesaria la destrucción de la inflorescencia, se puede tomar la fotografía sin separarla de la vid. The destruction of the inflorescence is not necessary, the photograph can be taken without separating it from the vine.
- • •
- Aplicaci�n simple y robusta con posible uso de dispositivos de bajo coste. Simple and robust application with possible use of low cost devices.
- • •
- Permite la implementación en dispositivos móviles, como smartphones. Allows implementation on mobile devices, such as smartphones.
Breve descripción de los dibujos A continuación se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de ésta. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS A series of drawings that help to better understand the invention and that expressly relate to an embodiment of said invention that is presented as a non-limiting example thereof is described very briefly below.
La Figura 1 muestra una imagen original RGB tomada en condiciones de campo para ser procesada por el sistema propuesto, donde se pueden observar la existencia de zonas con iluminación variable. Figure 1 shows an original RGB image taken in field conditions to be processed by the proposed system, where you can see the existence of areas with variable lighting.
Las Figuras 2A, 2B y 2C muestran diferentes histogramas del número de p�xeles en una imagen de la variedad Tempranilla en el espacio de color RGB (fila superior), espacio de color CIELAB (fila intermedia) y espacio de color CIELAB filtrado. Figures 2A, 2B and 2C show different histograms of the number of pixels in an image of the Tempranilla variety in the RGB color space (upper row), CIELAB color space (intermediate row) and filtered CIELAB color space.
La Figura 3 muestra la imagen original de la Figura 1 después de aplicarle el proceso de segmentación en función de la luminosidad de los p�xeles. Figure 3 shows the original image of Figure 1 after applying the segmentation process according to the brightness of the pixels.
La Figura 4 muestra el resultado del procesamiento de la imagen original de la Figura 1, con las flores detectadas señaladas en puntos negros. Figure 4 shows the result of the processing of the original image of Figure 1, with the detected flowers indicated in black dots.
La Figura 5 muestra la imagen original de la Figura 1 con las flores marcadas manualmente con una "X". Figure 5 shows the original image of Figure 1 with the flowers marked manually with an "X".
Las Figuras 6A, 6B, 6C y 60 muestran la relación entre el número de flores presentes en la inflorescencia y las detectadas manual y automáticamente en las fotografías para tres variedades distintas de Vitis vinífera L. (Graciano, Mazuelo y Tempranillo). Figures 6A, 6B, 6C and 60 show the relationship between the number of flowers present in the inflorescence and those detected manually and automatically in the photographs for three different varieties of Vitis vinífera L. (Graciano, Mazuelo and Tempranillo).
Descripci�n detallada de la invención El sistema de evaluación del número de flores presentes en una inflorescencia de vid est� basado en el análisis por computador de imágenes fotográficas de inflorescencias de vid tomadas en condiciones de pleno campo (sin iluminación controlada), con único uso de una cartulina negra utilizada como fondo, siendo posible utilizar otros materiales como láminas plásticas u otros colores con el suficiente contraste con la inflorescencia. No es necesario regular la distancia de la cámara al objeto, siendo los únicos condicionantes que la inflorescencia aparezca íntegra en la imagen y que no se observen objetos extraños en la misma. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The system for evaluating the number of flowers present in a vine inflorescence is based on the computer analysis of photographic images of vine inflorescences taken in full field conditions (without controlled lighting), with unique use of a black cardboard used as a background, being possible to use other materials such as plastic sheets or other colors with sufficient contrast with the inflorescence. It is not necessary to regulate the distance from the camera to the object, being the only conditions that the inflorescence appears intact in the image and that no foreign objects are observed in it.
El sistema desarrollado permite determinar el número de flores visibles en la imagen y, a partir de ellas, el total de flores presentes en la inflorescencia, para lo cual se ha generado un modelo a partir de un conjunto de imágenes que después se ha validado sobre otro conjunto distinto e independiente. La segmentación de la inflorescencia se produce de manera automática, mediante la detección de umbrales para cada imagen en el espacio de color CIELAB, lo que ofrece una gran inmunidad frente a la influencia de la iluminación externa. The developed system allows to determine the number of flowers visible in the image and, from them, the total number of flowers present in the inflorescence, for which a model has been generated from a set of images that has been validated afterwards. another different and independent set. Segmentation of the inflorescence occurs automatically, by detecting thresholds for each image in the CIELAB color space, which offers great immunity against the influence of external lighting.
El procesamiento de la imagen comprende tres etapas: Image processing comprises three stages:
1. Pre-procesado de imagen: La primera fase incluye la conversión de la imagen desde el espacio de color RGB a CIELAB y la segmentación de la inflorescencia con respecto del fondo. El umbral de la segmentación se calcula en función del histograma de la coordenada a* o b* del espacio de color CIELAB filtrado. El espacio de color CIELAB [26] es un estándar internacional para la definición del color. Desarrollado por la "Commission Internationale d"Eclairage" (CIE) en 1976, es usado ampliamente en el análisis de color, que se representa por 3 coordenadas denominadas L*, a* y b*. La componente L* define la luminosidad, comprendida entre cero y cien, que se combina con los otros dos componentes cromáticos o coordenadas: a* que representa la variación de verde a rojo (posición entre verde y rojo, donde valores negativos indican verde y valores positivos indican rojo) y b* que representa la variación de azul a amarillo (posición entre azul y amarillo, donde valores negativos indican azul y valores positivos indican amarillo). 1. Image pre-processing: The first phase includes the conversion of the image from the RGB color space to CIELAB and the segmentation of the inflorescence with respect to the background. The segmentation threshold is calculated based on the histogram of the a * or b * coordinate of the filtered CIELAB color space. The CIELAB color space [26] is an international standard for color definition. Developed by the "Commission Internationale d" Eclairage "(CIE) in 1976, it is widely used in color analysis, which is represented by 3 coordinates called L *, a * and b *. The L * component defines the luminosity, between zero and one hundred, which is combined with the other two chromatic components or coordinates: a * representing the variation from green to red (position between green and red, where negative values indicate green and positive values indicate red) and b * representing the variation from blue to yellow (position between blue and yellow, where negative values indicate blue and positive values indicate yellow).
La Figura 1 muestra, a modo de ejemplo, una imagen original 100 de la inflorescencia 102 de una vid (de la variedad de uva Tempranilla) tomada sobre un fondo 104 homogéneo, por ejemplo una cartulina gris oscura o negra, en condiciones de campo para ser procesada por el sistema propuesto. Las Figuras 2A, 2B Y 2e muestran los histogramas de color utilizados para la segmentación de la primera etapa (pre-procesado). Representa el número de pixeles (eje y) con un determinado valor de intensidad (eje x) para la imagen original 100 de la variedad Tempranilla: Figure 1 shows, by way of example, an original image 100 of the inflorescence 102 of a vine (of the Tempranilla grape variety) taken on a homogeneous background 104, for example a dark gray or black cardboard, in field conditions for be processed by the proposed system. Figures 2A, 2B and 2e show the color histograms used for the segmentation of the first stage (pre-processed). Represents the number of pixels (y axis) with a certain intensity value (x axis) for the original image 100 of the Tempranilla variety:
Figura 2A:_Histogramas A), B), Y C) representan los canales rojo, verde y Figure 2A: _Histograms A), B), and C) represent the red, green and
azul del espacio de color RGB respectivamente. RGB color space blue respectively.
Figura 2B: Histogramas O), E), Y F) representan las componentes L*, a* y b* Figure 2B: Histograms O), E), and F) represent the components L *, a * and b *
del espacio de color CIELAB respectivamente. of the CIELAB color space respectively.
Figura 2C: Histogramas G), H), e 1) representan las componentes filtradas o Figure 2C: Histograms G), H), and 1) represent the filtered components or
suavizadas L*, a* y b* del espacio de color CIELAB respectivamente, smoothed L *, a * and b * of the CIELAB color space respectively,
mediante la aplicación de un filtro (e.g. filtro de Savitzky-Golay) que suaviza la by applying a filter (e.g. Savitzky-Golay filter) that softens the
forma de la señal reduciendo los picos inherentes al ruido del sensor signal shape reducing peaks inherent in sensor noise
fotogr�fico, facilitando la posterior selección automática de un umbral de photographic, facilitating the subsequent automatic selection of a threshold of
segmentaci�n 200. 200 segmentation.
Se observan dos agrupaciones en las coordenadas a* (histograma E y H) Y b* (histograma Fe 1) del espacio de color CIELAB, lo que indica que es posible separar el fondo 104 con respecto a la inflorescencia 102. En el histograma de la coordenada b* (histograma 1), el mínimo local después del máximo global corresponde al valor del umbral de segmentación 200 seleccionado para la segmentación de la imagen. La distribución de valores correspondiente al fondo 204 es mayor que la de la inflorescencia 202 debido al mayor número de p�xeles que componen el mismo. En los histogramas A, B, Y C correspondientes al espacio de color RGB no se aprecian agrupaciones diferenciadas, por lo que no es posible la segmentación basada en los valores de este espacio de color. Aunque el sistema utiliza la componente b* para la segmentación, se puede observar que el histograma de la componente a* (histograma H) también permite la separación en dos grupos. Two clusters are observed in the coordinates a * (histogram E and H) and b * (histogram Fe 1) of the CIELAB color space, indicating that it is possible to separate the background 104 with respect to the inflorescence 102. In the histogram of coordinate b * (histogram 1), the local minimum after the global maximum corresponds to the value of the segmentation threshold 200 selected for the segmentation of the image. The distribution of values corresponding to fund 204 is greater than that of inflorescence 202 due to the greater number of pixels that comprise it. In the histograms A, B, and C corresponding to the RGB color space, differentiated clusters are not appreciated, so segmentation based on the values of this color space is not possible. Although the system uses component b * for segmentation, it can be seen that the histogram of component a * (histogram H) also allows separation into two groups.
Por tanto, estos histogramas sirven para la segmentación adaptativa de la inflorescencia 102 con respecto del fondo 104. Para ello se utiliza preferentemente el canal b* del espacio de color CIELAB en donde se encuentran dos agrupaciones que corresponden respectivamente al fondo y a la inflorescencia. Una vez detectadas las agrupaciones se establece un umbral de segmentación (200) que permite la separación en la imagen de la inflorescencia para su posterior análisis de forma automática. Therefore, these histograms serve for the adaptive segmentation of the inflorescence 102 with respect to the background 104. For this purpose, channel b * of the CIELAB color space is preferably used where two clusters corresponding respectively to the background and the inflorescence are found. Once the clusters have been detected, a segmentation threshold (200) is established, which allows separation of the inflorescence in the image for later analysis automatically.
El umbral para la segmentación de la imagen (ver Histograma 1) se selecciona automáticamente para cada imagen en función de las agrupaciones de valores presentes en el histograma de la coordenada b* (también se puede emplear el histograma de la coordenada a*). Los p�xeles que corresponden al fondo 204 tienen un color similar y por ello valores similares en la coordenada b*. Lo mismo ocurre para los p�xeles que corresponden a la inflorescencia 202. The threshold for image segmentation (see Histogram 1) is automatically selected for each image based on the groupings of values present in the histogram of the b * coordinate (the histogram of the coordinate a * can also be used). The pixels corresponding to the background 204 have a similar color and therefore similar values in the b * coordinate. The same is true for the pixels corresponding to inflorescence 202.
2. Conteo de flores: Una vez se ha aplicado el pre-procesado en la imagen original 100, se trabaja únicamente con aquellos p�xeles cuyo nivel de intensidad supere el umbral de segmentación 200, que son los p�xeles 202 que representan la inflorescencia. Las flores presentan una mayor capacidad para reflejar la luz que otras zonas de la imagen. El objetivo de esta etapa es contar las áreas de mayor brillo, que generalmente corresponden a flores. Específicamente se desarrollan los siguientes pasos: 2. Flower count: Once the preprocessing has been applied in the original image 100, only those pixels whose intensity level exceeds the segmentation threshold 200, which are the pixels 202 that represent the inflorescence. Flowers have a greater capacity to reflect light than other areas of the image. The objective of this stage is to count the areas of greatest brightness, which generally correspond to flowers. Specifically, the following steps are developed:
- a. to.
- C�lculo de la transformada "extended-maxima" que es el máximo de la región agrupaciones de p�xeles con un valor de intensidad constante rodeados de p�xeles con valores de intensidad menores-de la "transformada H" [27] (eliminación de los valores máximos por debajo de un umbral), con el fin de encontrar e identificar los puntos más brillantes de la luminosidad de la imagen (coordenada L*). En este paso la imagen original 1 00 se convierte en una imagen binaria 300, tal y como se muestra en la Figura 3, donde se representan en negro los p�xeles que no superen un umbral de luminosidad determinado en función de los valores de los p�xeles vecinos y en blanco aquellos p�xeles (áreas brillantes 302) que superen dicho umbral de luminosidad. El umbral de luminosidad puede ser seleccionado manualmente en función del análisis realizado sobre un conjunto de imágenes. Calculation of the "extended-maximum" transform which is the maximum of the region pixel clusters with a constant intensity value surrounded by pixels with lower intensity values of the "H-transform" [27] ( elimination of the maximum values below a threshold), in order to find and identify the brightest points of the brightness of the image (coordinate L *). In this step, the original image 1 00 is converted into a binary image 300, as shown in Figure 3, where the pixels that do not exceed a given brightness threshold are represented in black according to the values of the neighboring and blank pixels those pixels (bright areas 302) that exceed said brightness threshold. The brightness threshold can be selected manually based on the analysis performed on a set of images.
- b. b.
- B�squeda de los componentes conectados en la imagen binaria 300 para etiquetarlos como flores; para ello se agrupan los p�xeles identificados en el paso Search of the components connected in the binary image 300 to label them as flowers; To do this, the pixels identified in the step are grouped
anterior que se encuentran en la vecindad de las áreas brillantes 302, ya que se considera que pertenecen a la misma flor. earlier found in the vicinity of bright areas 302, as they are considered to belong to the same flower.
c. Medida del tamaño, forma e identificación del centroide de las regiones candidatas a ser identificadas como flores (áreas brillantes 302). C. Measurement of the size, shape and identification of the centroid of the candidate regions to be identified as flowers (bright areas 302).
3. Post-procesado de la imagen: La tercera etapa se centra en la eliminación de las áreas brillantes 302 que no corresponden a flores. El filtrado se lleva a cabo como un proceso secuencial de tres pasos consecutivos: 3. Image post-processing: The third stage focuses on the elimination of bright areas 302 that do not correspond to flowers. Filtering is carried out as a sequential process of three consecutive steps:
- a. to.
- Filtrado por tamaño de región: En este paso se filtran las áreas brillantes 302 en función de su tamaño. Se procede a la eliminación (filtrado) de aquellas áreas que tienen un tamaño superior a 2,5 veces la mediana del tamaño de las áreas brillantes 302. Filtering by region size: In this step the bright areas 302 are filtered based on their size. The removal (filtering) of those areas that are larger than 2.5 times the median size of the bright areas 302 is removed.
- b. b.
- Filtrado por distancia: Este proceso requiere el cálculo (y ordenación) de las distancias entre los centroides con las que posteriormente se construye un histograma. Como las flores en la inflorescencia se presentan en agrupaciones, entre ellas se presentarán con una distancia similar en el histograma de distancias, lo que permite el filtrado de aquellas áreas que tienen valores alejados de la mayoría. De esta forma se logra filtrar los falsos positivos sin la necesidad de fijar una distancia para la toma de imágenes, ya que el valor a partir del cual se realiza el filtrado se calcula para cada una de las imágenes. Distance filtering: This process requires the calculation (and ordering) of the distances between the centroids with which a histogram is subsequently constructed. As the flowers in the inflorescence are presented in clusters, among them they will be presented with a similar distance in the distance histogram, which allows the filtering of those areas that have values far from the majority. In this way it is possible to filter the false positives without the need to set a distance for the taking of images, since the value from which the filtering is performed is calculated for each of the images.
- c. C.
- Filtrado por forma: Este filtrado incluye el cálculo del ratio del eje mayor entre el menor para cada área brillante 302. La forma de las áreas brillantes 302 que corresponden a flores tienen valores similares entre ellas y diferentes a áreas brillantes de otras zonas como el tallo de la inflorescencia o reflejos en el fondo, por lo que las áreas brillantes que corresponden a flores se presentarán agrupadas en el histograma de la relación eje mayor/eje menor, siendo posible filtrar automáticamente para cada imagen las que no corresponden a flores. Filtering by form: This filtering includes the calculation of the ratio of the major axis between the minor for each bright area 302. The shape of the bright areas 302 corresponding to flowers have similar values between them and different from bright areas of other areas such as the stem. of the inflorescence or reflections in the background, so that the bright areas that correspond to flowers will be presented grouped in the histogram of the major axis / minor axis relationship, being possible to automatically filter for each image those that do not correspond to flowers.
Una vez aplicada las tres etapas de procesamiento sobre la imagen original 100, se puede obtener una imagen procesada 400 donde se muestran las flores detectadas resaltadas con puntos negros que corresponderían a las áreas brillantes 302 resultantes, una vez filtradas. Once the three processing steps have been applied to the original image 100, a processed image 400 can be obtained showing the detected flowers highlighted with black dots that would correspond to the resulting bright areas 302, once filtered.
Figura 4 muestra las flores detectadas sobreimpresionadas en la imagen original 100 tras aplicar el método descrito. Como se aprecia, el sistema desarrollado permite determinar el número de flores visibles en la imagen. Figure 4 shows the overprinted detected flowers in the original image 100 after applying the described method. As can be seen, the developed system allows to determine the number of flowers visible in the image.
Para validar el presente procedimiento automático de conteo de flores, a continuación se comparan los resultados obtenidos mediante dicho procedimiento automático con un conteo realizado manualmente. La Figura 5 muestra, a modo de ejemplo, la imagen original 100 de la Figura 1 con las flores manualmente marcadas con una "X". Con el fin de realizar la validación de la presente invención, 90 imágenes de inflorescencias de Vitis vinifera L. variedad Graciano, Mazuelo y Tempranillo fueron tomadas en un viñedo con una cámara digital compacta antes de la floraci�n yutilizadas para validar el sistema de conteo de flores. To validate the present automatic flower counting procedure, the results obtained by said automatic procedure are then compared with a manually performed count. Figure 5 shows, by way of example, the original image 100 of Figure 1 with the flowers manually marked with an "X". In order to validate the present invention, 90 images of inflorescences of Vitis vinifera L. variety Graciano, Mazuelo and Tempranillo were taken in a vineyard with a compact digital camera before flowering and used to validate the counting system of flowers.
El objetivo principal de esta comparación es determinar la relación lineal entre las mediciones experimentales, el conteo manual, y el conteo automático con el sistema descrito. Para validar el sistema se cont� el número de flores presente en la inflorescencia de forma manual, desgranando las flores tras la captura de la fotografía y también sobre la imagen impresa para obtener el número de flores por imagen. The main objective of this comparison is to determine the linear relationship between experimental measurements, manual counting, and automatic counting with the system described. To validate the system, the number of flowers present in the inflorescence was counted manually, shelling the flowers after the capture of the photograph and also on the printed image to obtain the number of flowers per image.
La eficiencia del sistema presentado se evalu� principalmente con el coeficiente de correlación de Pearson (r), y el coeficiente de determinación (R2). También se valor� manualmente la eficiencia del sistema en cinco imágenes de cada variedad, de las que se extrajeron tres medidas: Resultado conteo (RC), que representa el número de flores contadas por el sistema descrito, verdadero positivo (VP) , flores identificadas por el sistema que corresponden con flores reales, falso positivo (FP), que representa el número de flores identificadas por el sistema que no corresponden a flores reales y falso negativo (FN) que corresponde a las flores presentes en la imagen que no fueron detectadas. Se calcul� la sensibilidad, que se define como el porcentaje de flores reales detectadas [28]: The efficiency of the presented system was mainly evaluated with the Pearson correlation coefficient (r), and the determination coefficient (R2). The efficiency of the system was also assessed manually in five images of each variety, from which three measurements were extracted: Counting result (CR), which represents the number of flowers counted by the described system, true positive (VP), identified flowers by the system that correspond to real flowers, false positive (FP), which represents the number of flowers identified by the system that do not correspond to real flowers and false negative (FN) that corresponds to the flowers present in the image that were not detected . Sensitivity was calculated, which is defined as the percentage of real flowers detected [28]:
VP VP
Sensibilidad = (1)Sensitivity = (1)
VP+FN yprecisi�n, que representa el porcentaje de flores detectadas correctamente, yse define como: VP + FN and precision, which represents the percentage of flowers detected correctly, and is defined as:
VPVP
Precision =--(2)Precision = - (2)
VP+FP VP + FP
Se realizaron análisis estadísticos utilizando R-project v.3.0.1. (RCore Team: 'R: a language and environment for statistical computing'; 2012, Vienna, R Foundation for Statistical Computing). Statistical analyzes were performed using R-project v.3.0.1. (RCore Team: 'R: a language and environment for statistical computing'; 2012, Vienna, R Foundation for Statistical Computing).
Los resultados del análisis de imagen son coherentes para todas las imágenes utilizadas, con variaciones ligeras en el valor del umbral de segmentación 200 utilizado para separar la inflorescencia 102 del fondo 104, debidas a fluctuaciones en la iluminación durante la toma de las fotografías. The results of the image analysis are consistent for all the images used, with slight variations in the value of the segmentation threshold 200 used to separate the inflorescence 102 from the background 104, due to fluctuations in the illumination during the taking of the photographs.
La efectividad del sistema presentado se valid� frente al número de flores obtenidas desgranando y contando manualmente cada inflorescencia, y también contando de forma manual el número de flores presentes en cada imagen sobre una impresión de la misma, El método desarrollado era capaz de distinguir las flores frente a otras partes de la inflorescencia o el fondo. The effectiveness of the presented system is validated against the number of flowers obtained by re-grazing and manually counting each inflorescence, and also manually counting the number of flowers present in each image on an impression of the same. The developed method was able to distinguish the flowers against other parts of the inflorescence or the background.
Las Figuras 6A, 68, 6C y 60 muestran la relación entre el número total de flores presentes en la inflorescencia, las contadas manualmente (o, línea de trazos) y automáticamente (e, linea continua) a partir de la fotografía de la inflorescencia: Figures 6A, 68, 6C and 60 show the relationship between the total number of flowers present in the inflorescence, those counted manually (or, dashed line) and automatically (e, continuous line) from the photograph of the inflorescence:
Figura 6A: Variedad Graciano (manual: y=1.75x+0.93, R2=0.81 at p<0.001; Figure 6A: Graciano variety (manual: y = 1.75x + 0.93, R2 = 0.81 at p <0.001;
autom�tico: y=2.44x-59.5, R2=0.83 at p<0.001). automatic: y = 2.44x-59.5, R2 = 0.83 at p <0.001).
Figura 68: Mazuelo (manual: y=2.46x-89.1, R2=0.89 at p<0.001; automático: Figure 68: Mazuelo (manual: y = 2.46x-89.1, R2 = 0.89 at p <0.001; automatic:
y=2.96x-81.2, R2=0.84 at p<0.001). y = 2.96x-81.2, R2 = 0.84 at p <0.001).
Figura 6C: Tempranillo (manual: y=1.56x+17.1, R2=0.87 at p<0.001; automático: Figure 6C: Tempranillo (manual: y = 1.56x + 17.1, R2 = 0.87 at p <0.001; automatic:
y=1.82x+18.1, R2=0.83 at p<0.001). y = 1.82x + 18.1, R2 = 0.83 at p <0.001).
Figura 60: Todas las variedades (manual: y=1.68x+16.2, R2=0.81 at p<0.001; Figure 60: All varieties (manual: y = 1.68x + 16.2, R2 = 0.81 at p <0.001;
autom�tico: y=2.08x+5.4, R2=0.76 at p<0.001). automatic: y = 2.08x + 5.4, R2 = 0.76 at p <0.001).
La relación entre el número de flores contadas manual y automáticamente a partir de las imágenes, y las contadas al desgranar la inflorescencia, se observan para Graciano (Figura 6A), Mazuelo (Figura 68), Tempranillo (Figura 6C) y las tres variedades juntas (Figura 60). Para estas tres variedades, se muestran para cada una de ellas de forma independiente, el coeficiente de determinación (R2) de la relación entre el número de flores estimadas, tanto manual como automáticamente por el método desarrollado, con las flores totales contadas al desgranar la inflorescencia, siendo en cualquier caso mayor de 0,8 (p<0.001). No se The relationship between the number of flowers counted manually and automatically from the images, and those counted when shelling the inflorescence, are observed for Graciano (Figure 6A), Mazuelo (Figure 68), Tempranillo (Figure 6C) and the three varieties together (Figure 60). For these three varieties, the coefficient of determination (R2) of the relationship between the estimated number of flowers, both manually and automatically by the method developed, is shown for each of them independently, with the total flowers counted when the inflorescence, being in any case greater than 0.8 (p <0.001). I dont know
R2R2
encontraron diferencias significativas en el valor del del conteo manual y el conteo automático, aunque el valor de R2 baj� hasta 0,76 cuando las tres variedades se evaluaron de forma conjunta con el método automático. they found significant differences in the value of the manual count and the automatic count, although the value of R2 fell to 0.76 when the three varieties were evaluated together with the automatic method.
En contraste con estos resultados, Grossetete et al. [24] obtuvo una fuerte relación no lineal (R2=0,92 con un modelo polinómico) para la estimación del número de bayas por racimo a partir de imágenes tomadas entre el cuajado (estado fenol�gico BBCH 71: los frutos empiezan a engrosar y aun se aprecian restos de flores) y envero (estado fenol�gico BBCH In contrast to these results, Grossetete et al. [24] obtained a strong non-linear relationship (R2 = 0.92 with a polynomial model) for the estimation of the number of berries per cluster from images taken between the curd (phenological state BBCH 71: the fruits begin to thicken and there are still remains of flowers) and envero (phenological state BBCH
79: bayas completamente desarrolladas). A diferencia de la invención presentada, Grossetete et al. [24] capturaban las fotografías de noche, usando un flash integrado en la propia cámara. Su algoritmo se basa en la reflexión de la luz en la superficie de la baya, que tiene un máximo o reflexión especular en el centro de la misma, un pico único y distintivo, cuyo valor disminuye rápidamente según se aleja del centro. Esta metodología no puede ser aplicada a las flores en pre-floraci�n, debido a que la forma de los botones florales no es esférica. El cuajado de las flores de la vid no suele superar el 50% [1], lo que significa que solamente una proporción de las flores se convertir� finalmente en una baya, por lo que la posibilidad de oclusión de las bayas en una imagen es diferente a la de las flores. Esto explicaría el mejor ajuste a un modelo no lineal [24] en lugar del lineal presentado en esta invención, y las diferencias en los valores de R2. 79: fully developed berries). Unlike the invention presented, Grossetete et al. [24] they captured the photographs at night, using a flash built into the camera itself. Its algorithm is based on the reflection of light on the surface of the berry, which has a maximum or specular reflection in the center of it, a unique and distinctive peak, whose value decreases rapidly as it moves away from the center. This methodology cannot be applied to pre-flowering flowers, because the shape of the flower buds is not spherical. The curd of the flowers of the vine does not usually exceed 50% [1], which means that only a proportion of the flowers will eventually become a berry, so the possibility of occlusion of the berries in an image is different from that of flowers. This would explain the best fit to a nonlinear model [24] instead of the linear one presented in this invention, and the differences in R2 values.
La sub-estimación de las flores presentes en la inflorescencia ocurre para todas las variedades, independientemente del método utilizado (manual o automático) para contarlas a partir de la imagen, pero ocurre con mayor intensidad con el conteo automático. Como el número de flores se estima a partir de una única imagen en 2D, la sub-estimación era previsible, ya que las flores que se sitúan en la cara opuesta de la inflorescencia no ser�n visibles, ni para el algoritmo automático, ni para el ojo humano, por lo que no podrán ser contadas. La sub-estimación del método automático es mayor, debido a su diseño conservativo, ya que una de las prioridades en el desarrollo del algoritmo fue la de minimizar el número de falsos positivos, evitando el conteo de aquello que no fuera una flor. Es por ello que la aplicación de los tres filtrados consecutivos -tamaño, distancia y forma-a las áreas brillantes 302 que representan flores es muy exigente, lo que elimina el número de falsos positivos incrementando el de verdaderos positivos. The sub-estimation of the flowers present in the inflorescence occurs for all varieties, regardless of the method used (manual or automatic) to count them from the image, but occurs with greater intensity with automatic counting. As the number of flowers is estimated from a single 2D image, the sub-estimation was predictable, since the flowers that are located on the opposite side of the inflorescence will not be visible, neither for the automatic algorithm, nor for the human eye, so they cannot be counted. The sub-estimation of the automatic method is greater, due to its conservative design, since one of the priorities in the development of the algorithm was to minimize the number of false positives, avoiding the counting of what was not a flower. That is why the application of the three consecutive filtrates - size, distance and shape - to the bright areas 302 that represent flowers is very demanding, which eliminates the number of false positives increasing that of true positives.
En contraste con implementaciones anteriores [24], no es necesaria la luz artificial para la captura de imágenes, pese a la alta variabilidad en la posición del brillo en el fondo negro debido a la luz natural. Otra mejora del algoritmo desarrollado es que no es preciso fijar el tamaño de las flores, por lo que la distancia entre la cámara y la inflorescencia no est� predefinida, lo que facilita la toma de imágenes. In contrast to previous implementations [24], artificial light is not necessary for image capture, despite the high variability in the position of the brightness on the black background due to natural light. Another improvement of the developed algorithm is that it is not necessary to fix the size of the flowers, so the distance between the camera and the inflorescence is not predefined, which facilitates the taking of images.
No es necesaria la calibración previa del sistema, y los parámetros fijados son válidos para cualquier rango de distancias entre la cámara y la inflorescencia. Esta es una ventaja clara frente a otros sistemas, en los que los valores de los umbrales del rojo, verde y azul deben ajustarse de forma manual para cada imagen [23]. Pre-calibration of the system is not necessary, and the parameters set are valid for any range of distances between the camera and the inflorescence. This is a clear advantage over other systems, in which the threshold values of red, green and blue must be adjusted manually for each image [23].
El bajo coste, simplicidad y facilidad de uso de la toma de imagines en campo, y posterior procesado mediante el método descrito, para la estimación del número de flores por inflorescencia en viñedos (por ejemplo por la implementación del presente método en dispositivos como "tablets" o "smartphones") puede ser de gran ayuda para la industria vitivin�cola y la estimación de la producción a partir de los datos del número de flores por inflorescencia. The low cost, simplicity and ease of use of imaging in the field, and subsequent processing by the described method, for the estimation of the number of flowers per inflorescence in vineyards (for example by the implementation of this method in devices such as "tablets "or" smartphones ") can be of great help to the wine industry and estimate production based on data on the number of flowers per inflorescence.
Como resumen, los resultados de los ensayos demuestran, que el algoritmo desarrollado para analizar imágenes tomadas con cámara digital en condiciones de campo no controladas es capaz de estimar de forma automática el número de flores por inflorescencia de la viña en fases tempranas de floraci�n. Esto puede ayudar a los responsables de los viñedos a tomar decisiones con información sobre la tasa de cuajado o producción. El algoritmo desarrollado puede ser implementado en un dispositivo móvil como un "smartphone" o incluso utilizar computación en la nube ("cloud computing"), para mostrar datos del número de flores georreferenciadas para cada viña o incluso mediante mapas. As a summary, the results of the tests show that the algorithm developed to analyze images taken with a digital camera in uncontrolled field conditions is able to automatically estimate the number of flowers per vine inflorescence in early flowering phases. . This can help those responsible for the vineyards to make decisions with information about the setting rate or production. The developed algorithm can be implemented in a mobile device such as a "smartphone" or even use cloud computing, to show data on the number of georeferenced flowers for each vineyard or even through maps.
El algoritmo desarrollado demuestra que el análisis de imágenes capturadas con cámaras compactas, bajo condiciones de campo no controladas, es capaz de generar una estimación del número de flores por inflorescencia de vides en fases tempranas de la floraci�n. The algorithm developed demonstrates that the analysis of images captured with compact cameras, under uncontrolled field conditions, is capable of generating an estimate of the number of flowers per inflorescence of vines in the early stages of flowering.
Claims (19)
- --
- convertir la imagen original (100) al espacio de color CIELAB; convert the original image (100) to the CIELAB color space;
- --
- segmentar la imagen convertida al espacio de color CIELAB mediante la aplicación segment the image converted to CIELAB color space through the application
- 2. 2.
- Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que la inflorescencia es de una vid. Method according to claim 1, characterized in that the inflorescence is of a vine.
- 3. 3.
- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la captura de la imagen original (100) de la inflorescencia se realiza en condiciones de campo con iluminación no controlada. Method according to any of the preceding claims, characterized in that the capture of the original image (100) of the inflorescence is carried out in field conditions with uncontrolled lighting.
- 4. Four.
- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el umbral de segmentación (200) se selecciona automáticamente para cada imagen en función de las agrupaciones de valores presentes en el histograma de la coordenada a* o b* indistintamente. Method according to any of the preceding claims, characterized in that the segmentation threshold (200) is automatically selected for each image according to the groupings of values present in the histogram of the coordinate a * or b * interchangeably.
- 5. 5.
- Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado por que el umbral de segmentación (200) es el valor mínimo local posterior al máximo global en el histograma de la coordenada a* o b*. Method according to claim 4, characterized in that the segmentation threshold (200) is the local minimum value after the global maximum in the histogram of the coordinate a * or b *.
- 6. 6.
- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los p�xeles que representan la inflorescencia (202) son aquellos cuyo nivel de intensidad en la coordenada b* supere el umbral de segmentación (200). Method according to any of the preceding claims, characterized in that the pixels representing the inflorescence (202) are those whose intensity level in the b * coordinate exceeds the segmentation threshold (200).
- 7. 7.
- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que los p�xeles que representan la inflorescencia (202) son aquellos cuyo nivel de intensidad en la coordenada a* sea inferior al umbral de segmentación (200). Method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the pixels representing the inflorescence (202) are those whose intensity level in the coordinate a * is less than the segmentation threshold (200).
- 8. 8.
- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el filtrado realizado sobre las áreas brillantes (302) incluye un filtrado en función de la forma del área brillante (302). Method according to any of the preceding claims, characterized in that the filtering performed on the bright areas (302) includes a filtering depending on the shape of the bright area (302).
- 9. 9.
- Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado por que el filtrado por forma de las áreas brillantes (302) incluye el cálculo de la relación entre el eje mayor y el eje menor de cada área brillante (302). Method according to claim 8, characterized in that the filtering by shape of the bright areas (302) includes the calculation of the relationship between the major axis and the minor axis of each bright area (302).
- 10. 10.
- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el filtrado de los grupos interconectados de p�xeles que representan la inflorescencia Method according to any of the preceding claims, characterized in that the filtering of the interconnected groups of pixels representing the inflorescence
- • •
- segmentar la imagen convertida al espacio de color CIELAB mediante la aplicación de un umbral de segmentación (200) en la coordenada a* o b*, para obtener unos p�xeles que representan la inflorescencia (202); segment the image converted to the CIELAB color space by applying a segmentation threshold (200) in the coordinate a * or b *, to obtain pixels representing the inflorescence (202);
- • •
- filtrar los p�xeles que representan la inflorescencia (202) en función de sus valores de luminosidad; filter the pixels representing the inflorescence (202) based on their brightness values;
- 12. 12.
- Sistema según la reivindicación 11, caracterizado por que los medios de procesamiento de datos est�n configurados para seleccionar el umbral de segmentación (200) automáticamente para cada imagen en función de las agrupaciones de valores presentes en el histograma de la coordenada a* o b*. System according to claim 11, characterized in that the data processing means are configured to select the segmentation threshold (200) automatically for each image based on the groupings of values present in the histogram of the coordinate a * or * .
- 13. 13.
- Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 12, caracterizado por que se implementa en un dispositivo móvil. System according to any of claims 11 to 12, characterized in that it is implemented in a mobile device.
- 14. 14.
- Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, caracterizado por que el filtrado realizado por los medios de procesamiento de datos sobre las áreas brillantes (302) incluye un filtrado en función de la forma del área brillante (302). System according to any of claims 11 to 13, characterized in that the filtering performed by the data processing means on the bright areas (302) includes filtering according to the shape of the bright area (302).
- 15. fifteen.
- Sistema según la reivindicación 14, caracterizado por que el filtrado por forma de las áreas brillantes (302) incluye el cálculo de la relación entre el eje mayor y el eje menor de cada área brillante (302). System according to claim 14, characterized in that the filtering by shape of the bright areas (302) includes the calculation of the relationship between the major axis and the minor axis of each bright area (302).
- 16. 16.
- Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 15, caracterizado por que los medios de procesamiento de datos est�n configurados para realizar el filtrado de los grupos interconectados de p�xeles que representan la inflorescencia (202) en función de su consideración como máximos locales en sus valores de luminosidad. System according to any of claims 11 to 15, characterized in that the data processing means are configured to filter the interconnected groups of pixels representing the inflorescence (202) based on their consideration as local maximums in its brightness values.
- --
- o or
- --
- o or
Fig.2C
Fig. 2C
- ,,
- (O (OR
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- 0 0
- O) OR)
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Intensidad de pixel
Pixel intensity
"'C
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- --
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- --
- EAND
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|---|---|
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