基于改进C-V模型的棉花叶片目标提取方法

为解决自然条件下棉花叶片因其轮廓几何边缘长势不均匀所导致的叶片目标提取不精准问题,提出一种基于改进C-V模型的棉花病害叶部目标提取方法。在传统C-V模型的基础上,将长度惩罚项和符号距离函数的约束能量项引入能量模型中,以达到对演化曲线长度变化的约束目的,从而完成对整幅图像目标特征的提取。本研究算法先对待分割的图像设置初始曲线,并利用高斯滤波算子对待分割图像进行平滑滤波处理,然后根据图像全局灰度信息和局部二值匹配信息建立能量方程,根据其离散化形式,对水平集函数进行演化,并从中提取演化曲线,最后根据水平集函数演化过程所满足的终止条件,输出图像分割结果。按照不同天气条件和不同背景采集了1 200幅棉花叶片样本图像,对本研究算法进行测试。试验结果表明:本研究算法对于晴天、阴天和雨天图像中目标(棉花叶片)轮廓提取准确率分别达到82.23%、82.73%和84.60%。分割结果表明,本研究算法能够对3种天气条件(晴天、阴天、雨天)与4种复杂背景(白地膜、黑地膜、秸秆、土壤)特征混合的棉花叶片图像目标特征轮廓实现准确提取。     

基于高光谱数据的棉田虫害鉴别研究

【目的】快速、准确、无损伤地鉴别棉花虫害类别,以便针对性制定植保施药方案。【方法】对棉花叶片高光谱数据进行采集和分析。采用波段范围为350～2 500 nm的FieldSpec?3便携式光谱分析仪,分别获取受蚜虫和红蜘蛛危害的棉花叶片以及正常棉花叶片的高光谱数据。采用K-近邻和SVM算法区分受红蜘蛛和蚜虫侵害的叶片以及正常叶片。为进一步优化虫害识别模型、提高识别精度,利用主成分分析方法 (PCA)进行特征降维,并利用网格搜索法进行参数寻优。【结果】使用K-近邻算法和SVM算法构建了虫害识别模型,2种模型的识别率分别为86.08%和89.29%;引入PCA进行特征降维并使用网格搜索进行参数寻优后,可以提高虫害识别率,K-近邻算法和SVM算法的识别精度分别达到88.24%和92.16%。【结论】利用高光谱数据可以区分受蚜虫和红蜘蛛侵害以及正常的棉花叶片;结合PCA降维和网格搜索法,能够提高识别率且不需要获得具体的特征波段;对于受蚜虫和红蜘蛛侵害以及正常的叶片识别,基于径向基核函数的SVM算法优于K-近邻算法。     

结合深度学习和引导滤波的苹果叶片图像分割郑艳梅黄光耀芦碧波*王永茂

针对传统方法对苹果叶片进行图像分割和测量几何形状参数精确度较低的问题,结合基于深度学习和引导滤波技术提出一种新的苹果叶片图像自动分割算法。首先采用深度学习方法,使用BiseNet卷积神经网络对苹果叶片图像进行自动分割,得到苹果叶片主体轮廓;然后使用彩色苹果叶片图像作为引导图像对主体轮廓进行引导滤波处理,以增强边缘锯齿等细节特征信息;最后将主体轮廓与细节特征信息进行联合分割,得到完整、准确的苹果叶片信息。对包含174种8 184张苹果叶片图像数据集进行试验,结果表明苹果叶片分割的精确率达到98.99%,交并比98.82%。利用本研究算法能够真正实现准确、快速测量苹果叶片的面积、周长等参数值,为苹果叶片几何参数的测定提供了一种新的测量方法。     

结合深度学习和引导滤波的苹果叶片图像分割

针对传统方法对苹果叶片进行图像分割和测量几何形状参数精确度较低的问题，结合基于深度学习和引导滤波技术提出一种新的苹果叶片图像自动分割算法。首先采用深度学习方法，使用BiseNet卷积神经网络对苹果叶片图像进行自动分割，得到苹果叶片主体轮廓；然后使用彩色苹果叶片图像作为引导图像对主体轮廓进行引导滤波处理，以增强边缘锯齿等细节特征信息；最后将主体轮廓与细节特征信息进行联合分割，得到完整、准确的苹果叶片信息。对包含174种8 184张苹果叶片图像数据集进行试验，结果表明苹果叶片分割的精确率达到98.99%，交并比98.82%。利用本研究算法能够真正实现准确、快速测量苹果叶片的面积、周长等参数值，为苹果叶片几何参数的测定提供了一种新的测量方法。     

基于图像处理的机采棉杂质提取算法

针对国产采棉机采收含杂率高、杂质分布复杂、难以快速检测等问题,提出了一种基于图像处理的机采棉杂质图像提取算法。该算法在HSI颜色模型、Lab颜色模型下设计试验采集图像,利用中值滤波处理图像,然后对图像进行自适应阈值分割,分割棉花和杂质图像,通过连通域分析绘制棉花轮廓和杂质轮廓,在此基础上计算其像素面积,得到杂质面积百分比。结果表明,该算法可有效分割机采棉中的常见杂质,为机采棉含杂率的快速评估奠定基础。     

基于分水岭算法的绿色作物与背景分割研究

分水岭算法作为彩色图像分割手段的一种方法,具有运算简单,性能优良,能较好提取运动对象轮廓和准确得到运动物体边缘等优点。应用分水岭算法研究了绿色作物及其背景的分割,首先通过数码相机拍摄的一幅640×480田间青菜真彩色图像,在matlab中采用分水岭分割算法处理图像后提取其绿色分量,再用数学形态学闭运算处理后可以较好地分割绿色作物与背景。针对结果中存在的过分割现象,采用先计算图像的形态学梯度,再用分水岭算法分割可以使结果得到有效改善。     

基于改进分水岭算法的作物病害叶片分割方法

传统的标记分水岭算法在作物病斑分割过程中存在伪标记,会造成过分割,本研究在传统的标记分水岭算法基础上提出了一种改进的标记分水岭分割算法。该算法首先采用形态学进行预处理,建立形态学梯度,并对梯度图像进行开闭重建。然后对重建的梯度图像进行前景标记,并利用病斑和正常叶片的颜色差异对前景标记中的伪标记进行滤除,对修改后的前景二值化图像进行距离变换和分水岭完成背景标记。最后用强制极小值技术进行梯度修正,并用分水岭算法对其进行分割。对多幅作物叶片进行分割试验,并对比不同分水岭的分割效果,结果表明该方法得到的区域数最少,能有效提取黄瓜叶片病斑,并且抑制过分割。     

基于G-MRF模型的玉米叶斑病害图像的分割

【目的】图像分割是作物病害自动识别系统实现的难点之一,前人研究大多采用基于阈值或聚类的分割算法,方法简单、易于实现,但分割精度较低。本文引入高斯模型的Markov随机场分割模型(G-MRF),对玉米叶部病斑图像进行分割试验,以期提高分割精度。【方法】在VC6.0下实现了G-MRF分割模型,G-MRF既利用了图像像素的灰度信息,又通过像素类别标记的Gibbs光滑先验概率引入了图像的空间信息,是能较好地分割含有噪声图像的算法。采用该算法对大斑病、小斑病、灰斑病和弯孢菌叶斑病等4种主要玉米叶部病害的图像进行了分割测试,并与基于阈值和基于Gauss模型的分割算法进行比较。【结果】基于G-MRF分割模型的分割,目标区域的一致性和边缘的清晰方面明显好于基于阈值和Gauss模型的分割算法,其平均正确分类率达96.35%,分别较基于阈值和基于Gauss模型的分割算法高出3.75%和4.03%,差异达到显著水平。【结论】基于G-MRF模型的分割算法鲁棒性高,能够有效地将病斑区域从叶片部分离,分割正确分类率达96.35%,可用于玉米叶斑类病害图像的分割。     

基于K-means与KNN的多特征苹果在线分级

【目的】准确获取红富士苹果的分级指标，为实现多特征融合的苹果分级提供依据。【方法】以均值滤波、全局亮度均衡化与图像裁剪方法，预处理实验所需的苹果图像；使用K-means聚类算法、OTSU最大类间方差法，将苹果灰度图转换为二值图；利用二值图与苹果原图的异或运算，提取苹果轮廓；采用苹果的二值图计算苹果的果实区域大小；使用颜色空间转换RGB-HSV中H通道划分果实红色区域；通过构建掩膜、形态学操作判断果体是否含有缺陷及计算其面积；构建最小外接矩形计算苹果的果径及果形；利用KNN分类算法实现多特征融合的苹果在线自动分级。【结果】基于K-means聚类与KNN分类相结合的苹果在线分级方法，在优于传统图像阈值分割效果的基础上，特级果分级准确率为97.14%,一级果分级准确率为100%,二级果分级准确率为93.75%,等外果分级准确率为100%,综合分级准确率达到97%。【结论】100个苹果测试准确率达到97%,验证了该分级方法的可行性与准确性。     

基于U-Net模型和FCM算法的番茄穴盘苗重叠幼叶分割方法

针对传统方法对番茄穴盘苗重叠幼叶图像分割精度较低、背景剔除困难的问题,提出一种基于U-Net模型和模糊C均值聚类(FCM算法)相结合的图像分割方法。首先用ExRG法对图像的背景进行剔除,得到待分割幼叶的主体区域,对图像进行预处理。其次建立数据集,训练网络模型,用预训练的U-Net模型分割幼叶主体区域,提取其过渡区域;同时用FCM算法分割幼叶主体区域,提取其过渡区域。然后结合FCM算法分割得到的过渡区域和U-Net模型分割得到的过渡区域,得到重叠叶片的最终分割结果。最后,为了得到精准的评估结果,将重新连接的过渡区域进行填充,并与其他文献所述的算法进行对比分析。结果表明,所提出的基于U-net模型和FCM算法对穴盘苗幼叶轮廓分割的结果更加准确,泛化性更强。证明对番茄幼苗叶片图像分割的有效性,为幼苗生长状况的检测研究提供了支持。     

基于数字图像的棉田复杂背景下棉蚜统计方法

【目的】实现棉田复杂背景下棉蚜快速准确计数,提出一种先彩色分割,后自适应构元素及阈值的棉蚜计数方法。【方法】该方法基于大量棉蚜图像RGB数据进行K-means聚类建模,利用结构元素完成腐蚀去噪,针对黏连区域像素个数进行求模运算。【结果】根据图像颜色特征将噪音分为13类,蚜虫分为7类,得到其RGB值后再次分类,并分析数据建立模型实现蚜虫和噪音的彩色分割;根据统计学原理建立结构元素,对不同噪音的图像自动选择最优结构元素进行腐蚀去噪;计算黏连区域像素个数与单头蚜虫期望大小像素个数的模,实现黏连区域蚜虫计数。【结论】基于结构元素的棉蚜计数方法能有效的对棉田复杂背景下棉蚜快速准确计数,计数平均准确率为86.47%,在图像处理过程中极大降低了算法对阈值的依赖性,有效地解决了棉蚜图像黏连分割的问题,完成基于数字图像的复杂背景下棉蚜计数。     

新疆南疆机采棉品种株型结构与产量性状的相关性

【目的】分析不同类型陆地棉品种的株型结构及产量性状,研究高产优质机采棉品种的株型结构与产量结构的特点,为棉花结构育种提供理论参考。【方法】测试不同机采棉品种的株型结构性状及产量结构相关指标,利用差异显著性分析、相关分析等统计方法,研究几种机采棉品种的株型性状、产量结构性状及其相关性特点。【结果】籽棉产量与株高、主茎节间长、果枝数、果节数存在正相关但不显著,与果枝始节高度呈负相关;株高与果枝始节高存在显著正相关,与主茎节间长度呈极显著相关; 17N11株型为塔型结构,其底部主茎叶片保留完整、籽棉产量、株高最高,而17N13主茎叶片数最多,17N5则具有最小的叶片脱落率;在棉花株型结构的共性方面,棉花果枝角度具有由上至下呈增大趋势,而变异能力则呈现与之相反的趋势(上部＞中部＞下部)。棉花主茎叶大小具有由上部至下部减小的趋势,变异能力亦呈现与之相反的趋势(下部＞中部＞上部)。【结论】株型结构具备中、上部果枝夹角较小(上部＜32.0°,中部＜50.0°),主茎叶总面积高于320 cm²,下部主茎叶片脱落率低于20%的机采棉品种产量优势显著,中上部果枝夹角、主茎叶总面积、下部主茎叶片脱落率可作为株型育种后代材料选择依据。     

棉花叶片空间格局特性与产量关系初探

[目的]研究棉花叶片空间分布特性与产量的关系.[方法]调查棉花不同密度、不同品种(系)叶片的空间位置和叶面积,采用方差均值比、Morisita指数检验叶片空间分布类型,Ripley K(d)函数法分析分布类型的尺度范围,二维九项轨迹方差法分析空间格局规模.[结果]棉花叶片在空间分布较稀疏时,叶片呈均匀分布;较密集时,叶片呈聚集分布;并且叶片聚集程度较高,聚集分布的范围较大(＞10 cm),开花到盛铃期聚集程度、聚集分布范围均有增加,群体叶片比单株叶片的聚集分布范围大(如棉花结铃盛期由单株的22cm增加到群体的28 cm,结铃末期由24 cm增加到群体的43 cm), 则棉花单株铃数和小区产量高(籽棉0.562 kg/m2).在棉花盛花期以后,单株叶片分布出现格局或格局多(大于1个格局),格局规模大(≥10 cm),格局强度大(区组-均方图曲线起伏明显),则单株铃数多;群体中叶片分布出现格局的单株比例大(≥25;),则群体产量高(籽棉0.557 kg/m2).[结论]棉花叶片的空间分布格局能够描述棉花的生长及产量状况.     

隔年棉种对棉花幼苗生长及产量的影响

【目的】研究3个不同年份棉种的出苗率、发芽势、发芽率、幼苗生长、幼苗叶片SOD和MDA、根系形态、产量及其构成因子的差异,为隔年种子在生产中的应用提供理论基础。【方法】试验于2018年以新陆早51号为材料,分别测定隔二年(2015年)、隔一年(2016年)和当年(2017年)棉种的出苗率、发芽势、发芽率、幼苗生长、幼苗叶片SOD和MDA、根系形态、产量及其构成因子等指标。【结果】不同储藏年份间棉种发芽势、发芽率、根表面积、根体积、产量及其构成因子均无显著差异;在第三片真叶时,与当年棉种相比,隔一年棉种的株高、茎粗、叶鲜重和干重、茎鲜重、第一片真叶SOD活性显著增加,第一片和第三片真叶的MDA含量均显著降低,茎干重、第三片真叶SOD、根长和出苗率均无显著差异;与当年棉种相比,隔二年棉种出苗率、第一片真叶MDA和第三片真叶SOD均显著下降,但茎粗、叶鲜重、茎鲜重和干重、根长、第一片真叶SOD和第三片真叶MDA无显著差异。【结论】在北疆室内自然储藏条件下,隔一年的棉种在第三片真叶时提高了叶片SOD活性,降低了叶片MDA含量,促进了棉花幼苗的生长;储藏1~2 a的棉种对棉花产量及其构成因子无显著影响     

棉花无土育苗营养液配方优化研究

[目的]筛选最佳的棉花无土育苗营养液及最适壮苗效果的多效唑浓度.[方法]通过参考前人研究,设计出4种无土育苗营养液配方,研究分析育出棉苗移栽后的农艺及经济性状影响差异,同时在筛选出的最佳配方育苗营养液中添加不同浓度多效唑,观测含有不同浓度的多效唑对棉花幼苗的调控效果.[结果]筛选确定Ⅲ号营养液为最佳棉花无土育苗营养液配方,最适多效唑浓度为100 mg/L.[结论]Ⅲ号营养液配方培养的棉苗壮而不旺,稳而不僵,根系发达,移栽成活率达到95;以上.100 mg/L多效唑浓度下的壮苗效果较好,1叶1心、2叶1心期棉苗株高变矮2.8和1.2 cm,两期茎粗增加0.015 5和0.005 4 cm.     

4种植物生长调节剂对棉花生长发育、光合特性及产量的影响

【目的】研究萘乙酸钠(NAA-Na)、6-苄氨基嘌呤(6-BA)、24-表油菜素内酯(EBR)和脱落酸(ABA)对棉花幼苗生长、叶片光合特性及籽棉产量的影响,评价其促生增产效果。【方法】在棉花幼苗2叶期和4叶期喷施10.0 mg/L NAA-Na、2.0 mg/L 6-BA、0.2 mg/L EBR和0.5 mg/L ABA,测定不同处理下棉花苗期株高、茎粗、叶片数、蕾数、叶片叶绿素相对含量(SPAD值)和光合参数,收获期测定产量及其构成因素。【结果】各处理棉花株高、茎粗、叶片数和蕾数日增长量分别为(0.96~2.78) cm/d、(0.06~0.44) mm/d、(0.15~0.58)片/d和(0.14~0.86)个/d,喷施4种植物生长调节剂后棉花株高、茎粗、叶片数和蕾数日增长量均高于CK,喷施5 d时棉花叶片SPAD值、净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)较CK分别增加8.02%~10.99%、8.95%~16.13%、93.14%~110.17%和6.58%~19.44%,喷施10~20 d时各处理指标间无差异。喷施植物生长调节剂对棉花收获株数和单铃重无差异,单株成铃数和籽棉产量较CK分别增加0.53%~7.54%和0.73%~9.39%。EBR处理对棉花促生增产效果优于NAA-Na、6-BA和ABA。【结论】供试4种植物生长调节剂能不同程度促进棉花由营养生长向生殖生长转化,增加棉花叶片SPAD值和光合特性,通过增加单株成铃数来提高籽棉产量。EBR处理优于其他植物生长调节剂。     

留叶枝对抗虫杂交棉库源关系的调节效应和对叶片衰老与皮棉产量的影响

【目的】去叶枝是我国传统的棉田管理技术，但现有研究认为叶枝具有保留利用的价值。因此进一步探索棉花留叶枝的可行性及对库源关系、叶片衰老和产量、品质的影响与机理十分必要。【方法】于2004～2005年在山东临清比较研究了大田稀植（3.0株/m2）条件下3个转Bt基因抗虫杂交棉去叶枝和留叶枝后的形态和生理变化。【结果】与去叶枝相比，留叶枝棉花的衣分变化不大，全株平均铃重有所降低，铃数显著增多，2004和2005年的皮棉单产分别比去叶枝的对照提高了9.8%和6.2%， 但纤维长度和比强度略低于去叶枝的对照。留叶枝棉株的绿叶比例和冠层叶绿素含量高于去叶枝的棉株，但主茎功能叶的叶绿素含量和光合速率却显著低于对照。留叶枝具有中前期增源、后期扩库的作用，但对中前期的“流”似有不利影响。【结论】抗虫杂交棉在稀植条件下保留叶枝具有一定的增产作用，这与留叶枝增源、扩库的作用有关；留叶枝没有从根本上延缓棉花冠层的衰老，也没有改善纤维品质的作用。     

喷施化学调控剂缩节胺、乙烯利对棉花植株氨挥发的影响

【目的】研究喷施化学调控剂缩节胺、乙烯利对新疆棉花植株氨挥发影响,揭示其影响机理,丰富棉花氮素营养理论。【方法】喷施化学调控剂缩节胺和乙烯利后,应用密闭生长室抽气法定期监测棉花植株氨挥发变化,同时监测可溶性蛋白质、与氮代谢相关酶活性及气孔特性等指标。【结果】棉花花铃期,喷施1g·L-1和1.5g·L-1的缩节胺棉花植株氨挥发平均降低28.80%和35.15%,氨挥发量与叶片可溶性蛋白质、气孔面积显著正相关(P0.05),与硝酸还原酶活性和谷氨酰胺合成酶活性呈显著负相关(P0.05);喷施1.5mL·L-1和2.5mL·L-1的乙烯利叶片氨挥发平均增加47.30%和37.40%,氨挥发量与叶片可溶性蛋白质、硝酸还原酶活性和谷氨酰胺合成酶活性之间呈显著负相关(P0.05),与气孔面积呈显著正相关(P0.05)。【结论】喷施缩节胺促进了叶片同化物向生殖器官转移,降低叶片可溶性蛋白质含量,增强了叶片硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶活性,缩小了叶片气孔面积,抑制了棉花植株氨挥发;喷施乙烯利加速了植株的衰老和蛋白质的降解,抑制了叶片硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶活性,增大了叶片气孔面积,促进棉花植株氨挥发。     

乙烯抑制剂对棉花生长发育及产量形成的影响

【目的】研究2种乙烯抑制剂对棉花生长发育和产量的影响,为棉花高产提供理论依据。【方法】采用大田试验研究2种不同的乙烯抑制剂对棉花干物质积累特性以及品质和产量的影响。试验设计为叶面喷施α-氨基异丁酸(AIB ,浓度分别为100 mg/L(AIB₁)、150 mg/L(AIB₂)、200 mg/L(AIB₃))、硝酸银(AgNO₃,浓度分别为2 mg/L(Ag₁)、3 mg/L(Ag₂)、4 mg/L(Ag₃))。【结果】2种乙烯抑制剂喷施处理均能促进棉花叶面积指数、相对叶绿素含量、果枝数的增加;AIB处理和AgNO₃处理均增加了现蕾数和铃数。乙烯抑制剂通过增加叶面积指数,相对叶绿素含量提高干物质积累,增加了同化物向生殖器官转化,增加了铃数,保持较高铃重,进而提高了产量。【结论】叶面喷施AIB、AgNO₃能有效提高棉花产量。叶面喷施AIB在促进棉株叶面积指数、干物质积累和产量方面效果较好。     

氮素营养水平对棉花衰老的影响及其生理机制

 【目的】探讨在大田条件下,土壤氮素含量水平对棉花生长过程中叶片生理生化指标、干物质积累量、组织含水量、叶面积载荷量的影响,为调控棉花早衰和提高棉花产量提供依据。【方法】设置3个氮素水平（纯N：低氮 0 kg?hm-2;中氮189.50 kg?hm-2;高氮395.0 kg?hm-2）处理,研究棉花衰老过程中主茎功能叶的生理生化指标变化,植株的干物质积累量、组织含水量及载荷量特征。【结果】盛铃末期为处理间生理生化指标产生差异的起始时期。与中氮、高氮相比,从盛铃末期开始,低氮处理棉花的叶绿素含量、蛋白质含量、SOD和POD活性降低,组织含水量和干物质积累量快速下降,而MDA含量、叶面积载荷量快速升高,加速了棉株衰老的进程。增加氮素营养能够明显提高叶片的生理活性,提高组织含水量和干物质积累量,延缓衰老。【结论】在本试验条件下,盛铃末期是棉花叶片生理功能从旺盛生理功能到衰退的转折时期。土壤氮素含量与棉花衰老密切相关,低氮处理加速降低叶片的生理活性,造成早衰;中氮和高氮水平能够延缓棉花衰老现象。