基于截距密度聚类的航拍影像作物行中心线提取方法

来源：农业机械学报杂志2026年第2期北京时间：

作者：张智刚，苑炳轩，童宗易，刘传锟，张国城，张闻宇

单位：华南农业大学;广东省农业人工智能重点实验室,华南农业大学,华南农业大学,华南农业大学,华南农业大学,华南农业大学;广东省农业人工智能重点实验室,

摘要：通过无人机航拍影像快速提取作物行中心线对农机行间喷药、除草和收获等导航作业任务具有重要意义。本研究以新疆地区大田苗期棉花为研究对象，提出了一种基于截距密度聚类的航拍影像作物行提取方法。首先，对航拍影像应用过绿颜色特征提取算法、最大类间方差算法和影像分割投影法获取作物行特征点集。其次，基于截距密度的聚类算法对特征点集进行作物行聚类分割。最后，采用最小二乘法拟合每垄作物行中心线并投影反算到WGS-84坐标系，为农机GNSS行间导航作业提供路径信息。以RTK-GNSS接收机的高精度实地采样数据为参照，对大规模棉田作物行识别定位方法进行了试验验证。结果表明，分别采用分割间距为15、45、75、105像素的分割投影法提取特征点拟合作物行中心线，横向偏差平均值最大值分别为0.022、0.024、0.025、0.112m，横向偏差标准差最大值分别为0.027、0.028、0.028、0.032m；角度偏差平均值分别为0.004°、0.003°、0.002°、0.005°，角度偏差标准差分别为0.002°、0.001°、0.001°、0.002°；提取中心线耗时分别为348.35、101.93、76.29、63.33s。综合考虑精度和效率，分割间距取75像素为较优选择。该方法适合无人机航拍大规模棉田作物行识别和定位，可为棉花生产智能化田间管理和收获环节行间导航作业提供充分的作业路径信息。

关键词：棉花;航拍影像;作物行中心线;分割投影法;聚类分割;行间导航

基金资助：国家自然科学基金项目（32071914）、国家重点研发计划项目(2022YFD200160103)和山东省重点研发计划项目(2022SFGC0202)