植物根系圖像分離與量化分析方法研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、在對(duì)土壤-植物-大氣連續(xù)體(SPAC)系統(tǒng)的研究中,土壤植物系統(tǒng)是一個(gè)重要的子系統(tǒng)。植物根系的研究又是土壤植物系統(tǒng)研究的重中之重。從生物角度講,植物根系能直接反映植物的生長狀況。因此,土壤和大氣環(huán)境對(duì)植物生長的影響程度可以由植物根系的生長狀況來表示。隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)尤其數(shù)字圖像處理技術(shù)的迅速發(fā)展,人們?cè)诟禉z測分析的方法上,從傳統(tǒng)的人工處理轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)自動(dòng)化處理,產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。但是由于國內(nèi)外對(duì)植物根系圖像的研究較少,尚有許多問題亟待

2、解決。本文是在科技部項(xiàng)目“植物根系生長動(dòng)態(tài)原位非破壞監(jiān)測和分析系統(tǒng)研制”下開展,主要研究內(nèi)容是利用計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)和數(shù)字圖像處理技術(shù),針對(duì)獲取的根系圖像進(jìn)行處理,以獲取根系量化參數(shù),為研究人員提供根系生長數(shù)據(jù)進(jìn)行根系生長狀況研究。
　　根系圖像的分離是根系圖像處理的關(guān)鍵步驟之一。鑒于根系分離操作需要在輪廓清晰的根系二值圖上進(jìn)行,本文首要解決的問題是,將獲取的彩色根系圖像進(jìn)行根系目標(biāo)與背景的分離。通過分析根系原圖像的特征,文中采用全局

3、閾值化處理技術(shù)完成分離,達(dá)到較好的效果。
　　其次,由于根系圖像具有主側(cè)根分叉、重疊和網(wǎng)狀分布的特征,為獲取到完整、精確的根系形態(tài)數(shù)據(jù),在現(xiàn)有算法的基礎(chǔ)上,文中提出了一種基于形態(tài)學(xué)和距離變換的根系圖像交叉點(diǎn)的分離方法。將形態(tài)學(xué)用于根系骨架交點(diǎn)膨脹,對(duì)分段的根系圖像利用改進(jìn)的距離變換求其影響區(qū),得到的影響區(qū)邊界作為根系的分離線。通過在MATLAB上編程和實(shí)驗(yàn)證明,該分離算法有效地解決了根系交叉和分支的分離問題,效果明顯。