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

1、根系是植物的重要組成部分,根系的生長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)是研究根系生長狀況的基礎(chǔ),對農(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,不易直接對其進行觀察。微根窗技術(shù)能夠在不影響植物正常生長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了極大的方便。因此,開發(fā)出一種能夠處理植物根系圖像并能準確進行根系參數(shù)定量分析的系統(tǒng)顯得尤為重要。而

2、如何實現(xiàn)植物根系圖像的準確分割是后續(xù)對根系參數(shù)進行定量分析的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。
　　本文重點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平臺上設(shè)計并實現(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進行根系參數(shù)的定量分析,并將測量結(jié)果保存下來用于分析根系生長狀況。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)域生長分割法、基于邊緣檢測的分割方法及基于特定理論的分割方法等,在Matl

3、ab環(huán)境下運用各類算法對根系圖像進行了分割,并分析了各算法的優(yōu)缺點。針對傳統(tǒng)方法難以滿足分割要求的問題,本文提出了一種植物根系圖像中根系的自動分割方法,首先根據(jù)植物根系表現(xiàn)出的根系特性,設(shè)計高斯匹配濾波器對圖像進行增強,然后利用Hessian矩陣獲取到根系圖像中根系的中心線,計算出中心線上所有像素點的方向,最后采用改進的定向局部對比度方法檢測出中心線兩側(cè)的根系像素得到分割后的圖像。利用圖像分割的技術(shù)評價方法,對本文提出的自動分割方法進行

4、了評價及分析。
　　②在定量分析方面,在分割的基礎(chǔ)上,根據(jù)細化后根系象素的特征及根系圖像像素尺寸與實際尺寸之間的線性關(guān)系,按照用戶設(shè)置的直徑分級范圍,分析并計算出各級根系的平均直徑、長度、表面積、體積等參數(shù)。
　　③在Matlab R2012a環(huán)境下對植物根系圖像處理與定量分析系統(tǒng)進行了設(shè)計與實現(xiàn)。主要對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行了設(shè)計開發(fā)。
　　本文通過研究植