基于关键帧提取技术的花开过程视频监测系统开发及试验.pdf

第30卷第1期农业工程学报Vol.30No.1
2014年1月TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringJan.2014121

基于关键帧提取技术的花开过程视频监测系统开发及试验

高林，王璐，闫磊，张军国
（北京林业大学工学院，北京100083）

摘要：为克服传统花开过程监测中视频数据冗余、信息量大的缺点，该文设计了一种基于关键帧提取技术的花
开过程视频监测系统。系统对花开过程原始图像采集后，采用基于光流法和熵统计算法实现对花开过程原始图像
的关键帧提取，选择关键帧数模式或方向信息熵阈值模式，进行相关参数设置，最终合成出表征花开过程的关键
帧视频。该文以百合花开放过程为例实现了基于关键帧提取技术的视频监测。试验结果证明，在该试验的条件下
经关键帧提取合成的花开过程的视频数据量减少达84.6%以上，播放时间减少为原始视频播放时间的15.4%以下。
视频保留了花开过程细节信息，整段视频播放自然流畅，可为从事植物、花卉研究的相关人员提供一个省时、方
便的研究花开过程的监测平台。
关键词：视频信号处理，光流，熵，视频监测，开花过程，关键帧
doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2014.01.016
中图分类号：TP391；S68文献标志码：A文章编号：1002-6819(2014)-01-0121-08

高林，王璐，闫磊，等.基于关键帧提取技术的花开过程视频监测系统开发及试验[J].农业工程学报，2014，
30(1)：121－128.
GaoLin,WangLu,YanLei,etal.Developmentandexperimentofbloomingvideomonitoringsystembasedonkeyframe
extractionmethod[J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE),2014,
30(1):121－128.(inChinesewithEnglishabstract)

在中外学者诸多的对花卉研究课题中，花开过
0引言
程的研究尤为重要。花开过程可以反映出花卉生长
花卉是大自然馈赠给人类的重要礼物，花卉业环境的优劣及花卉组织器官纹理的遗传特征，也可
已成为当今世界最具活力、久盛不衰的产业之一[1]。让人们能真实地领略花开过程的惊艳、美丽。然而
关于花卉的研究目前仍是一个富有挑战性的课题，花卉的生长过程较为缓慢，花朵的绽开也有一过
国内外很多学者利用计算机视觉、图像处理及计算程。例如：百合花开放过程一般需要约4.5d，单朵
机仿真等技术来对植物、花卉进行研究。如毕昆等睡莲花期为3～4d。在睡莲开花期，依其种类不同，
运用形态学运算和特征提取的方法，以提高小麦图有的午间开放，夜间闭合；有的夜间开放，白天闭
像识别的精准性[2]；马雅昱等构建了机器视觉系统，合；人眼不可能全程直接观测花朵开放、闭合的过
实现对菊花生长过程进行无损监测，获取菊花生长程。利用计算机仿真、虚拟再现等技术虽然可以快
信息[3]；徐焕良等设计了利用低功耗传输方法的速呈现花开过程，但难以复现花开过程的真实、生
花卉环境监测系统，以监测影响花卉生长的环境动效果。传统的计算机视频提取法是以固定频率进
参数[4]；张铭利用计算机对12种花开放过程进行虚行视频帧提取的，往往造成在花开动态变化较快的
拟仿真[5]；淮永建等针对花卉图像和植物生态学，时期提取视频帧数不够，重要信息缺失，导致花开
提出了一种花卉生长可视化仿真算法[6]；CostaC等视频跳跃；动态变化缓慢的时期提取帧数过多，导
通过在温室内连续拍摄照片的方法，实现对植物生致最终视频数据冗余、无用信息量大，不利于数据
长过程的研究[7]；李长缨等应用计算机视觉技术对存储与传输，也增加了视频播放时间。若对花开过
温室黄瓜、西红柿幼苗进行无损监测，实现对其生程视频进行关键帧提取，获取有意义的关键帧，再
长的环境参数进行精确控制[8]。对关键帧进行视频合成，就可以得到涵盖大量重要
信息、流畅真实的花开过程视频。关于视频关键帧

提取方法中外学者已经进行了很多研究[9-10]，但对花
收稿日期：2013-07-03修订日期：2013-11-28
基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（TD2013-3）；开过程视频关键帧提取方法的研究目前尚少。本文
国家自然科学基金资助项目（31200480）作者针对花卉生长过程的特点，特别对花开过程视
作者简介：高林（1958－），女，北京人，副教授，博士。主要研究方频关键帧提取算法进行了研究，提出了一种基于光
向：林业与园林机