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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 植物根系圖像監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 基于計(jì)算機(jī)視覺、技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)和計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，研究開發(fā)了植物根系圖像監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)。本系統(tǒng)由 CCD 攝像機(jī)、圖像采集卡、計(jì)算機(jī)、三自由度根系圖像采集運(yùn)動(dòng)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(cè)及其采集分析，實(shí)現(xiàn)了對(duì)根系大視場(chǎng)觀測(cè)和形態(tài)參數(shù)的快速準(zhǔn)確測(cè)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(xì)介紹：
- 根系是植物的重要組成部分，是植物生長(zhǎng)發(fā)育、新陳代謝的主要營(yíng)養(yǎng)器官。根系形態(tài)參數(shù)是反映根系生長(zhǎng)狀況的主要因素，通過定期測(cè)量和分析植物根系形態(tài)參數(shù)對(duì)于了解、研究植物的生長(zhǎng)發(fā)育狀況以及防治病蟲災(zāi)害均具有重要意義。但由于根系生長(zhǎng)在地下，準(zhǔn)確取樣、測(cè)定、觀察存在一定困難，而目前現(xiàn)有的挖掘法、整段標(biāo)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(diǎn)，因而阻礙了根系研究的深入開展。本系統(tǒng)運(yùn)用數(shù)字圖像處理技術(shù)對(duì)所采集的根系數(shù)字圖像進(jìn)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(cè)及根系圖像形態(tài)參數(shù)計(jì)算等方面。為我國(guó)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(jìn)我國(guó)植物根系研究進(jìn)行了一次有益的嘗試。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 根系是植物的重要組成部分，是植物生長(zhǎng)發(fā)育、新陳代謝的主要營(yíng)養(yǎng)器官。根系形態(tài)參數(shù)是反映根系生長(zhǎng)狀況的主要因素，通過定期測(cè)量和分析植物根系形態(tài)參數(shù)對(duì)于了解、研究植物的生長(zhǎng)發(fā)育狀況以及防治病蟲災(zāi)害均具有重要意義。但由于根系生長(zhǎng)在地下，準(zhǔn)確取樣、測(cè)定、觀察存在一定困難，而目前現(xiàn)有的挖掘法、整段標(biāo)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(diǎn)，因而阻礙了根系研究的深入開展。本系統(tǒng)運(yùn)用數(shù)字圖像處理技術(shù)對(duì)所采集的根系數(shù)字圖像進(jìn)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(cè)及根系圖像形態(tài)參數(shù)計(jì)算等方面。為我國(guó)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(jìn)我國(guó)植物根系研究進(jìn)行了一次有益的嘗試。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 基于計(jì)算機(jī)視覺、技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)和計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，研究開發(fā)了植物根系圖像監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)。本系統(tǒng)由 CCD 攝像機(jī)、圖像采集卡、計(jì)算機(jī)、三自由度根系圖像采集運(yùn)動(dòng)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(cè)及其采集分析，實(shí)現(xiàn)了對(duì)根系大視場(chǎng)觀測(cè)和形態(tài)參數(shù)的快速準(zhǔn)確測(cè)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(tuán)隊(duì)對(duì) CCD 攝像機(jī)標(biāo)定、圖像幾何畸變校正、圖像拼接、圖像邊緣檢測(cè)等方面進(jìn)行了細(xì)致深入的研究，提出了一種基于分形理論 H參數(shù)計(jì)算的改進(jìn)方法——增容矩陣算法，用以彌補(bǔ)傳統(tǒng)算法圖像邊緣缺損的缺陷進(jìn)而提取植物根系輪廓，在后續(xù)的根系圖像分析實(shí)驗(yàn)中取得了很好的效果。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無(wú)
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 計(jì)劃許可
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 實(shí)現(xiàn)了對(duì)根系大視場(chǎng)觀測(cè)和形態(tài)參數(shù)的快速準(zhǔn)確測(cè)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?；谟?jì)算機(jī)視覺技術(shù)全自動(dòng)/手動(dòng)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(guó)內(nèi)在植物根系無(wú)損在線監(jiān)測(cè)多項(xiàng)瓶頸。在根系圖像攝取范圍、操作的靈活性、自動(dòng)化程度等方面均取得了突破。特別是首次將分形理論應(yīng)用于植物根系圖像輪廓提取。在此基礎(chǔ)上開發(fā)的軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了植物根系形態(tài)參數(shù)自動(dòng)分析計(jì)算。為我國(guó)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(jìn)我國(guó)植物根系研究進(jìn)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(zhǎng)發(fā)育過程中起著極為重要的作用。目前，國(guó)際上也將根系研究作為進(jìn)一步提高農(nóng)林植物生產(chǎn)力的一個(gè)極具潛力的基礎(chǔ)性科研課題。與此同時(shí)，促使人們對(duì)根系領(lǐng)域進(jìn)行詳盡研究的另一個(gè)重要原因是近代測(cè)試技術(shù)和研究方法有了長(zhǎng)足的進(jìn)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(duì)根系的研究，有文獻(xiàn)記載的首次提到對(duì)根系的研究是 Hales 于1727 年發(fā)表的對(duì)不同植物品種根系在土壤中分布的描述。隨著對(duì)根系研究的深入，研究方法和水平也在不斷改進(jìn)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(zhǎng)，再至正規(guī)的根系取樣，經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的發(fā)展歷程。20 世紀(jì) 50 年代開展了的示蹤技術(shù)為評(píng)價(jià)根系的功能提供了強(qiáng)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(lái)的數(shù)字圖像處理技術(shù)使在田間觀測(cè)根系的生長(zhǎng)和形態(tài) 成為可能，計(jì)算機(jī)技術(shù)的 發(fā)展使分析根系更快、更詳細(xì) 。Bohm 對(duì)根系研究方法分為８類：挖掘法、整段標(biāo)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(biāo)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(cè)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果會(huì)存在差異。 在國(guó)外對(duì)植物根系生長(zhǎng)特征進(jìn)行計(jì)算機(jī)識(shí)別研究非常重視，并都已有了不同程度的進(jìn)展，有些技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟并開始應(yīng)用。如：美國(guó)Bartz Technology Corporation公司近年來(lái)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(chǔ)BTC攝像系統(tǒng)看到的根系圖像。將每個(gè)圖形存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，系統(tǒng)能存儲(chǔ)20000個(gè)圖像。經(jīng)過一天的野外工作之后，圖像可下載到實(shí)驗(yàn)室的計(jì)算機(jī)中并進(jìn)行圖像的處理、分析、識(shí)別特征等工作。美國(guó)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(cè)量系統(tǒng)WinRHIZO，可以在幾厘米的區(qū)域內(nèi)利用幾秒的時(shí)間測(cè)出根系的長(zhǎng)度，將數(shù)碼照相機(jī)采集到的數(shù)字圖片直接輸入計(jì)算機(jī)，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(xué)肥料送往根部，使植物保持良好的生長(zhǎng)狀態(tài)，同時(shí)可以定量的研究植物根系隨栽培與環(huán)境變化的生長(zhǎng)比率,目前可以說在世界上處于領(lǐng)先地位。
