基于機器視覺的葡萄表型特征測量.pdf

1、葡萄是我國重要的果樹樹種,其產(chǎn)量僅次于柑橘類水果,位居各類水果的第二位。近年來,我國的葡萄生產(chǎn)栽培面積和產(chǎn)量持續(xù)增加,現(xiàn)已成為世界上最大的葡萄生產(chǎn)國。目前,我國葡萄產(chǎn)業(yè)灌溉方式主要分為地面溝灌式、噴灌、滴灌等。但隨著水資源的日益緊缺以及現(xiàn)代精準農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展,根據(jù)植物缺水現(xiàn)狀實施精確控制灌溉已成為提高水資源利用率和果實品質(zhì)的重要途徑之一。根系是植物從土壤中獲取營養(yǎng)和水分的重要器官,其生長狀況對植物有著重要的影響;同時果實作為植物不可或缺

2、的重要器官,其表型特征的動態(tài)變化是植物水分診斷、生長實時監(jiān)測和植物生長建模的重要依據(jù)。本文在非接觸測量的基礎(chǔ)上,開展對植物表型參數(shù)與特征量的分析與研究有著重要的指導意義。
　　本文以溫室根域限制方式栽培的葡萄為研究對象,以基于機器視覺和圖像處理等關(guān)鍵技術(shù)為測量方式,通過連續(xù)監(jiān)測葡萄器官的生長,觀測葡萄果實和根系表型特征的變化,為葡萄生長建模和精確灌溉提供了數(shù)據(jù)支持和策略指導。針對機器視覺測量中的理論和處理算法,本文從理論方法和實驗

3、研究等方面對葡萄器官的特征測量進行系統(tǒng)化的研究。
　　論文的主要研究內(nèi)容如下:
　　1.針對溫室根域限制葡萄的生長環(huán)境特征,開發(fā)了一套適用于溫室葡萄栽培的視覺監(jiān)測系統(tǒng),該系統(tǒng)包括圖像采集傳感器,基于MCU的控制器,以及柔光照明系統(tǒng)和校驗定位系統(tǒng),用于復(fù)雜背景下葡萄果實表型特征的連續(xù)微變測量。該系統(tǒng)魯棒性好,精度高,具有高通量和良好的抗噪性,克服了葡萄圖像背景復(fù)雜以及光照不均勻等弊端,較好地滿足葡萄果實連續(xù)無損監(jiān)測的要求。

4、r>　　2.針對復(fù)雜背景下的葡萄果實表型特征獲取問題,提出了基于Zernike矩分水嶺算法的圖像分割方法,配合數(shù)字圖像處理形態(tài)學算法等,去除虛假邊界,使輪廓邊界最終收斂于目標真實邊界,從而獲得葡萄果實輪廓的精確信息。
　　3.針對葡萄根系表型特征獲取及其特殊生長環(huán)境等問題,對局部信息圖采用改進的模糊C聚類(FCM)算法,通過優(yōu)化初始聚類中心與融入空間信息等方法,提高了原算法的運算效率與抗噪性,得到葡萄根系的精確輪廓信息。