韩大龙等

摘要：应用 MATLAB软件的图形用户界面（graphical user interface，GUI）工具讨论了高级文件I/O相关函数的具体应用，设计出简明、美观的人机交互式界面，实现了棉株顶部图像读取、顶尖特征提取、显示、保存等功能，通过调用mcc编程器进行编译，将设计好的程序转化为独立的“.exe”文件。本研究为基于机器视觉技术的棉株顶尖识别研究奠定了基础。

关键词：MATLAB；GUI；棉株顶尖；颜色特征；形状特征

中图分类号：S126；TP391.41 文献标志码：A 文章编号：1002-1302（2014）03-0346-03

1993—2010年新疆棉花生产基地的棉花种植面积、总产量居全国首位[1]，是国家扶持的重点农业项目基地[2]。在“西部大开发”工作中，新疆坚持棉花的战略地位不动摇，随着棉花种植面积、产量的增加以及劳动力短缺，全面推广棉花生产全程机械化技术迫在眉睫。目前新疆棉花主要种植模式是矮、密、早，每年7月棉花打顶调控是棉花生产丰收的关键环节[3-4]，由于目前国产棉花打顶机无法对棉株顶部定位、识别，导致机械打顶过程中存在大量漏打、误打、损桃等问题，严重影响棉花生长和产量[3]，使得棉花机械打顶普及率较低，因此研究打顶机械对棉株顶尖的识别问题是提高棉花机械打顶普及率的关键。刘俊奇利用机器视觉技术对棉株的顶尖图像进行分割，并对其自动识别系统的设计提出了相应方案[5]。瞿端阳等利用图像分割技术提取棉株株顶与棉桃等部分的颜色特征，并结合BP神经网络区分出株顶、棉桃等[6]。王勇等通过分析棉花不同部分颜色数据，建立了基于色差信息的识别模型，结合棉桃颜色信息和形状特征，可以从背景环境中准确识别棉桃并且获取准确的位置信息，识别率达到 85%[7]。杨福增等采用基于颜色和形状特征的图像处理方法，实现茶叶嫩芽的计算机识别和检测，识别准确率为 94%，为实现茶叶嫩芽的自动采摘提供了有效方法[8]。刘娅静等提出了基于颜色特征的分割算法，得到适于杂草图像分割的颜色分量，实现了复杂场景、光照条件下杂草区和背景区的分割[9]。MATLAB软件作为MathWorks公司开发的一种用于数值计算及可视化图像处理的工程应用软件，在图形图像处理方面有强大功能和广泛应用。并且MATLAB软件提供了高效、方便的图形用户界面（graphical user interface，GUI）设计功能，用户可以简单、快速设计出直观、便捷、强大的人机交互界面，实现预定功能[10-12]。本研究利用MATLAB_R2012b软件设计开发了一套棉株顶尖特征提取系统，提出一种简单、快速提取棉株顶尖特征值的方法，以期为实现棉花打顶作业“一顶一芯”提供理论基础。

1 设计路线

以棉株株顶静态图像为研究对象，应用 MATLAB GUI 实现棉株株顶图像输入与显示，株顶R、G、B、Y、Cb、Cr等6个颜色分量特征的直方图曲线显示，阈值范围选取及显示，顶尖形状特征提取显示，数据保存等功能。总体技术路线如图1所示。

2 MATLAB GUI 界面开发

2.1 界面总体设计

在设计人机交互操作界面时，选择 MATLAB软件主界面

“HOME”菜单、“New”子菜单下的“Graphical User Interface”项，启动“GUIDE”对话框，在 “Creat New GUI”菜单下4个选项中选择空白模板“Blank GUI（Default）”，点击 “OK” 后进入 GUI 编辑界面。

在 “GUIDE”设计界面中，通过鼠标拖动方式创建GUI 程序界面。该界面选择1 个弹出式菜单（Pop_up Menu）、2个滑动条（Slider）、3个轴对象（Axes）、5个按钮（Push Button）、5个文本框（Edit Text）、8 个静态文本（Static Text）等对象，并摆放于合适位置。其中，弹出式菜单用于颜色分量的选取；滑动条用于动态阈值范围的选择；轴对象用于显示棉株原始图像，R、G、B等颜色模型下各颜色特征的直方图曲线以及顶尖二值图像；文本框用于相关值的显示；静态文本控件用于说明相关坐标轴的名称等。界面设计结果如图2所示。

3 结论

基于MATLAB软件高效、强大的图形用户界面（GUI）设计出一种简单、快速提取棉株顶尖特征值的方法，为后续基于机器视觉的棉株顶尖识别奠定了基础。本研究为其他基于颜色、形状等特征的对象识别研究提供了一种快速提取特征信息的人机交互界面设计方法。

参考文献：

[1]田新椿，赵勇生. 对支持新疆棉花产业发展的思考[J]. 农业发展与金融，2011（12）：69-70.

[2]刘俊奇，王维新，赵永满. 棉花打顶机应用现状与发展趋势的研究[J]. 农机化研究，2008（9）：249-251.

[3]唐 军，罗 昕，胡 斌，等. 3MDZK-12型单行仿形棉花打顶机的结构设计与性能试验研究[J]. 石河子大学学报：自然科学版，2008，26（4）：511-514.

[4]刘俊奇.棉花株顶识别系统的研究[D]. 石河子：石河子大学，2009.

[5]瞿端阳，王维新，马本学，等. 基于颜色特征的棉株株顶识别研究[J]. 农机化研究，2013，4（4）：40-43.

[6]王 勇，沈明霞，姬长英. 基于颜色信息和形状特征的棉桃识别方法[J]. 农业机械学报，2007，38（11）：77-79，87.

[7]杨福增，杨亮亮，田艳娜，等. 基于颜色和形状特征的茶叶嫩芽识别方法[J]. 农业机械学报，2009，40（增刊）：119-123.

[8]刘娅静，杨 帆，浦昭邦. 基于颜色特征的杂草图像分割技术研究[J]. 微计算机信息，2007，23（18）：269-271.

[9]王 垚. 精通MATLAB GUI 设计[M]. 北京：电子工业出版社，2008.

[10]Choiy J，Mccarthy K L，Mccarthy M J. A MATLAB graphical user interface program for tomographic viscometer data processing[J]. Computers and Electronicsin Agriculture，2005，47（1）：59-67.

[11]陈 杰. MATLAB 宝典[M]. 北京：电子工业出版社，2010.

[12]罗华飞. MATLAB GUI 设计学习手记[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2011.