《植物生理信息计算机视觉检测系统研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《植物生理信息计算机视觉检测系统研究（94页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、摘要摘要植物生理参数如植物茎秆直径，叶片面积，叶片倾角，叶片尖端位置的连续监测对于研究植物的生理生态学具有重要的意义。现有的植物生理生态测量仪器大多还基于机械和物理传感器。如果在生理参数测量方面方面引入视觉测量技术，将可以实现以前一些无法量化的生理量的测量( 如叶片面积生长过程的连续监控，叶片尖端运动的跟踪) 。视觉测量技术在植物生理生态学尤其是植物外形参数的测量中有着传统方法无可比拟的优势。本文的工作主要分为三部分：1 、在植物茎秆直径测量方面：尝试了嵌入式智能相机在植物生理参数测量中的应用，基于V i s i o nC o m p o n e n t s 公司的V C 4 4 7 2 智能
2、相机开发了植物茎秆直径测量系统，设计实现了图像测量系统的硬件( 包括光学，机械部分) ，在嵌入式实时操作系统V C R T 5 0 上开发了针对茎秆直径测量的嵌入式图像测量软件实现了图像获取，茎秆直径测量，数据定时记录与存储，网络通信等功能。并在温室环境中进行了试验，获取了有效的茎秆直径数据。2 、在叶片面积测量方面：研究了在单摄像机条件下的植物单个平面叶片面积测量方法。提出差分光源实现了自然光照条件下的叶片前景提取，提出用图像的纹理信息来计算叶片的姿态，解决了单摄像机条件下叶片姿态位置测量的问题。3 、在叶片倾角与叶片尖端位置测量方面：将c a m s h i f t ( C o n t i
3、 n u o u s l y A d a p t i v eM e a n - S h i f t ) 算法和h a r r i s 角点算法应用于叶片倾角与叶片尖端位置的测量，利用P C 机和U S B 摄像头组建了图像测量系统，使用V C + + 6 O 和O p e n c v 开发了基于计算机的植物叶片倾角跟踪与叶片尖端位置跟踪软件系统，实现了自动测量，跟踪，数据记录等功能。关键字：计算机视觉，植物生理参数测量，智能相机，图像测量技术，O p e n C VA b s t a r c tA B S T R A C TP l a n tp h y s i o l o g i c a lp
4、 a r a m e t e r ss u c ha ss t e md i a m e t e r ，a r e ao fl e a f , l e a fa n g l e ，p o s i t i o no ft h et i po fl e a fa r eo fg r e a ti m p o r t a n c et ot h er e s e a r c ho np l a n tp h y s i o l o g y T h ep r e v a i l i n gi n s t r u m e n to fs u c hp a r a m e t e r si sb a s
5、e do nt h em e c h a n i c a lo rp h y s i c a ls e n s o r S o m er e s e a r c h e r su s et h ec a m e r aa sat o o lf o rs u c hr e s e a r c h ，b u tw i t h o u tt h es p e c i f i e di n s t r u m e n t T h eC o m p u t e rV i s i o na p p r o a c hi nt h i sa r e aw i l le n a b l eU St om e
6、a s u r ea n dq u a n t i z et h ei n f o r m a t i o nw eh a v e n tm e a s u r eb e f o r es u c ha s t h ec o n t i n u a l l ym e a s u r e m e n to fa r e ao fp l a n tl e a fo rt h ep o s i t i o no ft h el e a f C o m p u t e rV i s i o ni ns u c ha r e ah a si t sa d v a n t a g e T h ec o n
7、 t e n to ft h i st h e s i si sa sf o l l o w i n g ：1M e a s u r i n go ft h eS t e mD i a m e t e r ：W eu s et h ee m b e d d e dS m a r tC a m e r am o d e lV C 4 4 7 2a s t h em a i nc o m p o n e n tt ob u i l daP l a n ts t e md i a m e t e rm e a s u r i n gs y s t e m ( i n c l u d i n gt h
8、 eo p t i c sm e c h a n i c a l ) D e v e l o p e dt h es o f t w a r es y s t e mo nt h er e a l t i m eo p e r a t i n gs y s t e mV C R T5 0w h i c hh a st h ef u n c t i o no fi m a g ea c q u i s i t i o n ，m e a s u r e m e n ta l g o f i f l m a ，d a t as t o r a g e ，n e t w o r kc o m m u
9、n i c a t i o n T h i sd e v i c ei st e s t e di nar e a lG r e e nH o u s ee n v i r o n m e n ta n da c q u i r e de x p e r i m e n t a ld a t at ov e r i f yt h ev a l i d i t yo ft h em e a s u r e m e n ts y s t e m 2M e a s u r i n gt h ea r e ao fp l a n tl e a f ：W eu s es i n g l ec a m e
10、 r at om e a s u r et h el e a fo fp l a n a rt y p e U s et h ed i f f e r e n t i a lm e t h o dt oe x t r a c tt h el e a ff r o mi t sb a c k g r o u n d T h i sm e t h o dc a nr e g u l a t et h ei n f l u e n c eo ft h en a t u r el i g h tc h a n g e W eu s et h et e x t u r ei n f o r m a t
11、i o nt ol o c a t et h el e a fi nt h ec o o r d i n a t eo ft h ec a m e r aw h i c hi sak e y p r o b l e mi nt h es i n g l ec a m e r as y s t e mt om e a s u r i n gp l a n tl e a f 3M e a s u r i n gt h el e a fa n g l ea n dt i pp o s i t i o n W eu s eC a m s h i f l ( C o n t i n u o u s l
12、yA d a p t i v eM e a n - S h i f t ) a n dH a r r i sa l g o r i t h mt ot h i ss y s t e m T h eh a r d w a r es y s t e mi sb a s e do nt h eP Ca n dU S Bc a n l e l a W eu s eV C + + 6 0a n dO p e n C Vt ob u i l dt h es o f t w a r es y s t e mf o rm e a s u r i n gs u c hp a r a m e t e r s T
13、h i ss o f t w a r es y s t e mC a na c h i e v et h ef u n c t i o n so fi m a g ea c q u i s i t i o n ，a u t o m a t i cr e c o r d i n g ，d a t as t o r a g e ，e t c K e yW o r d s ：C o m p u t e rV i s i o n ，P l a n tp h y s i o l o g i c a lP a r a m e t e r , S m a r tC a m e r a , V i s i o
14、 n二- M e a s u r e m e n t ，O p e n C V中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名： 蔓泛作者签名：士皇垦! 签字日期：孑! ! ! 161 耸中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被
15、查阅和借阅，可以将学位论文编入中国学位论文全文数据库等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。耐，从开口保密( 年)作者签名：主蔓泛作者签名：f 坠! 二签字日期：兰! ! 坠! ! 生导师签名签字日期：l 鱼。6 ：l第1 章绪论1 1 研究背景与研究意义第1 章绪论精准农业( P r e c i s i o nA g r i c u l t u r e ) 是当今世界农业发展的新潮流，它将农业带入数字和信息时代，是2 1 世纪农业的重要发展方向【。其核心的思路是通过先进的测
16、量手段，获取植物内部和外部的信息，来指导灌溉，施肥过程。其中植物内部所固有的信息称为植物生理信息，外部环境所具有的信息称为植物生态信息。娄成后( 1 9 9 6 ) 【2 J 提出：“现代植物生理研究，一方面从细胞与分子水平入手，专研植物体内物质与能量转变的机理，试图解释其早造就有机物的奥秘，摆脱人类完全寄生于植物的局面；另一方面着眼于植物的个体发育，形态的建成，整体的行为和对环境变化的适应关系，形成具有我国特点的作物产量，形成生理学和作物高产，高效，抗逆的作物生产理论体系“ 。现代植物生理研究作为作物高产、高效、抗逆生理学提供新的研究方法和手段，是研制植物生理信息采集处理系统的主要目的。植物生理参数尤其是植物外形有关的参数，一直都没有被精确测量以形成一个像温度一样的测量规范，比如叶片面积测量。现有的系统都是在植物上方测量冠层的投影面积。而很少测量植物叶片的真实面积，所以计算机视觉测量系统的应用能够在这些以往难以量化的参数上提供一个量化标准，给植物生理学提供有力的参考。现代植物生理生态学的发展是和测定仪器的
