基于圖像處理的植物根系分割及定量分析系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、根系是植物的重要組成部分,根系的生長(zhǎng)狀況可以反映該地區(qū)的氣候以及土壤特性,根系的發(fā)達(dá)與否也能夠反應(yīng)出整株植物的健康情況。研究根系的生態(tài)參數(shù)是研究根系生長(zhǎng)狀況的基礎(chǔ),對(duì)農(nóng)業(yè)、林業(yè)、生態(tài)的發(fā)展均具有重要意義。然而根系是隱藏在地表下的,不易直接對(duì)其進(jìn)行觀察。微根窗技術(shù)能夠在不影響植物正常生長(zhǎng)的前提下直接獲取土壤中的根系圖像,給植物根系的研究帶來(lái)了極大的方便。因此,開(kāi)發(fā)出一種能夠處理植物根系圖像并能準(zhǔn)確進(jìn)行根系參數(shù)定量分析的系統(tǒng)顯得尤為重要。而

2、如何實(shí)現(xiàn)植物根系圖像的準(zhǔn)確分割是后續(xù)對(duì)根系參數(shù)進(jìn)行定量分析的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。
　　本文重點(diǎn)研究了植物根系的圖像分割算法,借助圖像處理技術(shù),在Matlab平臺(tái)上設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了植物根系圖像處理與定量分析系統(tǒng),根據(jù)根系圖像的信息特征來(lái)進(jìn)行根系參數(shù)的定量分析,并將測(cè)量結(jié)果保存下來(lái)用于分析根系生長(zhǎng)狀況。本文主要工作如下:
　?、僭趫D像分割方面,分別研究了閾值分割法、區(qū)域生長(zhǎng)分割法、基于邊緣檢測(cè)的分割方法及基于特定理論的分割方法等,在Matl

3、ab環(huán)境下運(yùn)用各類(lèi)算法對(duì)根系圖像進(jìn)行了分割,并分析了各算法的優(yōu)缺點(diǎn)。針對(duì)傳統(tǒng)方法難以滿(mǎn)足分割要求的問(wèn)題,本文提出了一種植物根系圖像中根系的自動(dòng)分割方法,首先根據(jù)植物根系表現(xiàn)出的根系特性,設(shè)計(jì)高斯匹配濾波器對(duì)圖像進(jìn)行增強(qiáng),然后利用Hessian矩陣獲取到根系圖像中根系的中心線,計(jì)算出中心線上所有像素點(diǎn)的方向,最后采用改進(jìn)的定向局部對(duì)比度方法檢測(cè)出中心線兩側(cè)的根系像素得到分割后的圖像。利用圖像分割的技術(shù)評(píng)價(jià)方法,對(duì)本文提出的自動(dòng)分割方法進(jìn)行

4、了評(píng)價(jià)及分析。
　?、谠诙糠治龇矫?在分割的基礎(chǔ)上,根據(jù)細(xì)化后根系象素的特征及根系圖像像素尺寸與實(shí)際尺寸之間的線性關(guān)系,按照用戶(hù)設(shè)置的直徑分級(jí)范圍,分析并計(jì)算出各級(jí)根系的平均直徑、長(zhǎng)度、表面積、體積等參數(shù)。
　?、墼贛atlab R2012a環(huán)境下對(duì)植物根系圖像處理與定量分析系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。主要對(duì)圖像讀取顯示及保存、圖像分割、定量分析、分析結(jié)果展示、結(jié)果數(shù)據(jù)保存及批處理等模塊進(jìn)行了設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。
　　本文通過(guò)研究植