基本信息
- 項目名稱：
- 植物根系圖像監(jiān)測分析系統(tǒng)
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 基于計算機視覺、技術(shù)、機電一體化技術(shù)和計算機圖像處理技術(shù)，研究開發(fā)了植物根系圖像監(jiān)測分析系統(tǒng)。本系統(tǒng)由 CCD 攝像機、圖像采集卡、計算機、三自由度根系圖像采集運動系統(tǒng)以及根系形態(tài)參數(shù)分析軟件為主體構(gòu)建而成，適于植物根系形態(tài)監(jiān)測及其采集分析，實現(xiàn)了對根系大視場觀測和形態(tài)參數(shù)的快速準確測量與分析，為研究植物根系提供一種全新、直觀、高效、可靠的研究手段。
- 詳細介紹：
- 根系是植物的重要組成部分，是植物生長發(fā)育、新陳代謝的主要營養(yǎng)器官。根系形態(tài)參數(shù)是反映根系生長狀況的主要因素，通過定期測量和分析植物根系形態(tài)參數(shù)對于了解、研究植物的生長發(fā)育狀況以及防治病蟲災害均具有重要意義。但由于根系生長在地下，準確取樣、測定、觀察存在一定困難，而目前現(xiàn)有的挖掘法、整段標本法、剖面法等采樣方法，都有采樣破壞性和工作量大等缺點，因而阻礙了根系研究的深入開展。本系統(tǒng)運用數(shù)字圖像處理技術(shù)對所采集的根系數(shù)字圖像進行了研究，包括根系圖像幾何畸變校正、根系圖像拼接、根系圖像邊緣檢測及根系圖像形態(tài)參數(shù)計算等方面。為我國農(nóng)林業(yè)相關(guān)領(lǐng)域的科研提供了一種全新的研究手段 ，推進我國植物根系研究進行了一次有益的嘗試。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 根系是植物的重要組成部分，是植物生長發(fā)育、新陳代謝的主要營養(yǎng)器官。根系形態(tài)參數(shù)是反映根系生長狀況的主要因素，通過定期測量和分析植物根系形態(tài)參數(shù)對于了解、研究植物的生長發(fā)育狀況以及防治病蟲災害均具有重要意義。但由于根系生長在地下，準確取樣、測定、觀察存在一定困難，而目前現(xiàn)有的挖掘法、整段標本法、剖面法等采樣方法，都有采樣破壞性和工作量大等缺點，因而阻礙了根系研究的深入開展。本系統(tǒng)運用數(shù)字圖像處理技術(shù)對所采集的根系數(shù)字圖像進行了研究，包括根系圖像幾何畸變校正、根系圖像拼接、根系圖像邊緣檢測及根系圖像形態(tài)參數(shù)計算等方面。為我國農(nóng)林業(yè)相關(guān)領(lǐng)域的科研提供了一種全新的研究手段 ，推進我國植物根系研究進行了一次有益的嘗試。
科學性、先進性
- 基于計算機視覺、技術(shù)、機電一體化技術(shù)和計算機圖像處理技術(shù)，研究開發(fā)了植物根系圖像監(jiān)測分析系統(tǒng)。本系統(tǒng)由 CCD 攝像機、圖像采集卡、計算機、三自由度根系圖像采集運動系統(tǒng)以及根系形態(tài)參數(shù)分析軟件為主體構(gòu)建而成，適于植物根系形態(tài)監(jiān)測及其采集分析，實現(xiàn)了對根系大視場觀測和形態(tài)參數(shù)的快速準確測量與分析，為研究植物根系提供一種全新、直觀、高效、可靠的研究手段。本團隊對 CCD 攝像機標定、圖像幾何畸變校正、圖像拼接、圖像邊緣檢測等方面進行了細致深入的研究，提出了一種基于分形理論 H參數(shù)計算的改進方法——增容矩陣算法，用以彌補傳統(tǒng)算法圖像邊緣缺損的缺陷進而提取植物根系輪廓，在后續(xù)的根系圖像分析實驗中取得了很好的效果。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 計劃許可
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 實現(xiàn)了對根系大視場觀測和形態(tài)參數(shù)的快速準確測量與分析，為研究植物根系提供一種全新、直觀、高效、可靠的研究手段。基于計算機視覺技術(shù)全自動/手動雙功能植物根系全景圖像采集處理分析系統(tǒng)的研究突破了國內(nèi)在植物根系無損在線監(jiān)測多項瓶頸。在根系圖像攝取范圍、操作的靈活性、自動化程度等方面均取得了突破。特別是首次將分形理論應用于植物根系圖像輪廓提取。在此基礎上開發(fā)的軟件系統(tǒng)實現(xiàn)了植物根系形態(tài)參數(shù)自動分析計算。為我國農(nóng)林業(yè)相關(guān)領(lǐng)域的科研提供了一種全新的研究手段，為推進我國植物根系研究進行了一次有益的嘗試。
同類課題研究水平概述
- 根作為植物三大器官之一，在植物的生長發(fā)育過程中起著極為重要的作用。目前，國際上也將根系研究作為進一步提高農(nóng)林植物生產(chǎn)力的一個極具潛力的基礎性科研課題。與此同時，促使人們對根系領(lǐng)域進行詳盡研究的另一個重要原因是近代測試技術(shù)和研究方法有了長足的進步。 鑒于根系在植被系統(tǒng)中的重要作用，人類很早以前就開始了對根系的研究，有文獻記載的首次提到對根系的研究是 Hales 于1727 年發(fā)表的對不同植物品種根系在土壤中分布的描述。隨著對根系研究的深入，研究方法和水平也在不斷改進和發(fā)展，從用水沖洗土壤剖面到用透明管壁觀察根系生長，再至正規(guī)的根系取樣，經(jīng)歷了漫長的發(fā)展歷程。20 世紀 50 年代開展了的示蹤技術(shù)為評價根系的功能提供了強有力的手段。這些技術(shù)包括放射性同位素、穩(wěn)定性同位素 和穩(wěn)定性示蹤物等。最近 發(fā)展起來的數(shù)字圖像處理技術(shù)使在田間觀測根系的生長和形態(tài) 成為可能，計算機技術(shù)的 發(fā)展使分析根系更快、更詳細 。Bohm 對根系研究方法分為８類：挖掘法、整段標本法、土鉆法、剖面法、玻璃壁法、間接方法、容器法。這些方法可以歸結(jié)為：田間直接方法 ，如挖掘法、整段標本法、土鉆法、剖面法；直接觀察方法，如透明管法包括微型根系 觀測管、根系研究室等；間接觀察方法，如同位素示蹤、穩(wěn)定示蹤物等其它方法，用不同的方法進行實驗得到的結(jié)果會存在差異。 在國外對植物根系生長特征進行計算機識別研究非常重視，并都已有了不同程度的進展，有些技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟并開始應用。如：美國Bartz Technology Corporation公司近年來開發(fā)的BTC I-CAP系統(tǒng)可利用I-CAP圖像捕捉子系統(tǒng)，選擇、捕捉和存儲BTC攝像系統(tǒng)看到的根系圖像。將每個圖形存儲在計算機中，系統(tǒng)能存儲20000個圖像。經(jīng)過一天的野外工作之后，圖像可下載到實驗室的計算機中并進行圖像的處理、分析、識別特征等工作。美國的Regent Instruments公司建于1991年，一直從事關(guān)于植物根系圖像分析系統(tǒng)的研究。今年又推出了根系測量系統(tǒng)WinRHIZO，可以在幾厘米的區(qū)域內(nèi)利用幾秒的時間測出根系的長度，將數(shù)碼照相機采集到的數(shù)字圖片直接輸入計算機，根據(jù)圖像處理和分析得到相關(guān)數(shù)據(jù)后，經(jīng)過反饋將適量化學肥料送往根部，使植物保持良好的生長狀態(tài)，同時可以定量的研究植物根系隨栽培與環(huán)境變化的生長比率,目前可以說在世界上處于領(lǐng)先地位。
