一种基于形态学的木材导管图像分割方法

木材识别对木材科学和产业具有重要的意义,微观识别方法准确性高但过程繁琐,只有木材专家才能掌握。基于图像的智能木材识别方法是通过自动提取木材的识别特征来识别木材。该文提出了一种基于显微结构图像的木材导管自动提取方法,运用数学形态学的腐蚀、膨胀及开、闭运算进行去噪处理和边缘增强,将导管形态从阔叶材横切面显微图像中成功地提取出来。该方法为定量分析和提取阔叶材管孔式特征奠定了基础,是对基于图像的智能木材识别技术的有益探索。大量的试验表明,该方法是有效的。      

基于Level Set方法的木材细胞显微图像分割

为解决木材细胞纤维图像分割中的某些图像分割不连续的现象,引入了基于形变模型(DeformableModels)的水平集(LevelSet)方法对木材细胞图像进行分割,并用Matlab实现了基于该形变模型的窄带(NarrowBand)快速算法。对针叶材和阔叶材的显微图片进行仿真试验表明,该方法适合于对具有分支、突触以及拓扑结构变化的木材细胞图像进行快速精确分割,不但具有全局优化的能力,而且可以检测出模糊或离散状边界,对噪声也有一定的鲁棒性。     

巴里黄檀木材解剖构造、颜色及接触角研究

利用放大镜及显微镜观察巴里黄檀木材的宏观、显微构造,结合图像测量分析系统测定、分析各种细胞的形态特征,采用CIE L*a*b*色度空间表色体系测定木材材色,静滴接触角/界面张力测定仪测定表面接触角。结果表明,巴里黄檀为散孔材,导管细胞多数单管孔及径列复管孔,导管细胞中鼓形导管细胞最多占79.42%,纺锤形导管细胞最少占1.97%;木纤维中细长纺锤形韧型纤维居多,腔小壁厚,细胞壁腔比0.89;木射线主要有横卧射线细胞和方形射线细胞宽度细胞3～5个,高度细胞10～15个;轴向薄壁组织丰富,细胞长度与宽度分别为129.40μm和23.14μm;轴向薄壁细胞和射线细胞中含有较多结晶细胞等深色内含物;木材色相以低饱和度的红黄色调为主,属于深材色树种;40s表面接触角变化5.78°,亲水湿润性较好。通过以上分析为红木类木材的识别与鉴定提供理论依据,丰富木材识别鉴定的基础理论。     

木材横切面显微图像特征参数的主成分分析

提取了230种木材横切面的21项显微构造特征参数及11项图像纹理特征参数，采用SPSS软件对这32项特征参数进行主成分分析，得出前7个主成分集中了32个变量的80％以上的信息；在相关分析的基础上，筛选出能基本表达木材横切面显微图像主要特征，且相对独立的13项，表征了横切面上主要细胞的形态特征与尺寸大小、主要组分的含量及横切面显微图像主要纹理特征（对比度、周期大小与复杂度等）。     

基于傅里叶变换和独立成分分析的木材显微图像特征提取与识别

正确识别木材对木材科学和木材产业具有重要意义。提出一种提取木材显微图像特征并进行识别的新方法。首先进行傅里叶变换得到木材显微图像的傅里叶变换功率谱图,然后进行独立成分分解得到功率谱图的独立基,所提取的特征就是木材显微图像的功率谱图在独立基上的投影系数,最后利用支持向量机对待识别图像在独立基上的投影系数进行分类,实现木材识别。在200幅木材显微图像库上进行小样本实验,取得了较高的识别率。实验结果表明,该方法具有较大应用潜力。图4参12     

基于改进K-means聚类与分水岭的木材横截面管孔分割

  目的  管孔是木材识别方面的重要特征之一。针对管孔随机分布、大小不一导致管孔分割鲁棒性不高,木纤维、木射线以及轴向薄壁组织等噪声区域对管孔分割效果影响较大的问题,本研究提出了一种改进K-means聚类与分水岭的木材横截面管孔分割算法。  方法  采用改进K-means聚类对管孔区域进行粗分割,有效区分管孔区域与木纤维、木射线以及轴向薄壁组织等噪声区域。再对粗分割结果采用改进分水岭算法进行精分割,分割出的管孔与实际管孔基本吻合。  结果  平均每张木材横截面微观图像有97.1%的管孔被准确有效地分割出来。本研究提出的改进分割算法与其他算法相比,分割效果显著提升,在大小不一且随机分布的管孔分割过程中鲁棒性高,具有良好的分割性能。  结论  该算法有效解决了传统K-means聚类算法在图像分割时受噪声影响大和初始聚类中心随机性问题,为阔叶材管孔特征提取和定量分析奠定了坚实基础。图7表1参16     

微机辅助木材识别系统WIP-89

应用Sun386-24微机和Turbo Pascal语言编制WIP-89木材识别系统(包括汉字和英文2类)。数据包括:(1)针叶树材169种、阔叶树材500种;(2)木材识别组合特征针叶树材43个,阔叶树材47个(包含单一木材识别特征针叶树材138个,阔叶树材179个);(3)在显示树名时,还列有该树种的平均导管弦径和导管、纤维长度平均值及大小变异范围的数据。主要功能有:(1)木材识别特征图像27幅,涉及木材解剖特征50个;(2)树种的检索;(3)数据库已存树种的修改、显示和打印;(4)修改已经检索和尚未检索的木材特征代码;(5)10个树种以下树种间的相异特征表;(6)缩写科名与全称科名查找及对照表;(7)科、属中包含的树种名录。     

微机辅助木材识别系统WIP-89

应用Sun386-24微机和Turbo Pascal语言编制WIP-89木材识别系统(包括汉字和英文2类)。数据包括:(1)针叶树材169种、阔叶树材500种;(2)木材识别组合特征针叶树材43个,阔叶树材47个(包含单一木材识别特征针叶树材138个,阔叶树材179个);(3)在显示树名时,还列有该树种的平均导管弦径和导管、纤维长度平均值及大小变异范围的数据。主要功能有:(1)木材识别特征图像27幅,涉及木材解剖特征50个;(2)树种的检索;(3)数据库已存树种的修改、显示和打印;(4)修改已经检索和尚未检索的木材特征代码;(5)10个树种以下树种间的相异特征表;(6)缩写科名与全称科名查找及对照表;(7)科、属中包含的树种名录。     

中国水青树木材的超微结构与化学元素的研究

水青树(Tetracentron sinense Oliv.)是我国阔叶材中木质部不具导管而具管胞的一种独特、稀有树种。本研究采用扫描电子显微镜和X-射线衍射仪观察了木材的超微结构,测定了相对结晶度,利用化学分析光电子能谱仪分析了木材表面的基本化学元素。为进一步了解无导管阔叶木材的解剖形态和导管分子演化发育历史提供科学资料,为这种木材的加工利用提供理论依据。     

毛竹秆茎维管束结晶图像的分割

介绍了基于模糊推理和形态特征的图像分割算法,并综合两种算法实现了毛竹秆茎维管束横切面结晶图像的分割.在基于模糊推理算法对图像进行初次分割的基础上,应用形态特征算法对初次分割结果进行了区域标识和面积形态特征的量测,最后应用阈值分割实现了对维管束结晶区的分割.试验表明:综合应用两种算法的分割效果良好,维管束信息保存完整.     

黄槿木材结构特征的分析

借助连续变倍体视显微镜、生物数码显微镜和电镜观察黄槿木材的宏观、微观构造,按照许尔兹发进行解离,测量分析各种细胞的形态特征。结果表明,黄槿为散孔材,管孔主要为单管孔及径列复管孔,导管分子主要为圆柱形,单穿孔,椭圆形,穿孔板倾斜,螺纹加厚缺如,无侵填体;管间纹孔互列,射线-导管间纹孔似管间纹孔;木纤维呈细长纺锤形,两端尖削,纤维长度417~1 727 μm,平均1 092 μm,属中等长度纤维;轴向薄壁组织肉眼下可见,主为环管束状及星散状;木射线肉眼下可见,射线组织异Ⅰ型及异Ⅱ型,宽2~4细胞,高5~47细胞,宽多为2~3细胞,高8~17细胞;瓦形细胞具翅子树型;轴向薄壁细胞和射线细胞皆含有晶体及颗粒状内含物,晶体多为晶簇状,少有菱形及方形。通过上述分析为黄槿木材的合理利用提供基础理论依据,丰富木材识别鉴定的基础理论。     

巴山松木材解剖特性与种的确立问题

本研究对巴山松的木材解剖特性进行了观察、记载和量测,并与油松、马尾松的木材解剖构造作了分析比较。结果表明,巴山松虽在外部形态及木材构造上与油松、马尾松存在某些相似之处,但在树脂道泌脂细胞数、射线管胞内壁加厚程度、纺锤形木射线单列翼细胞数及树皮特征等方面有若干重要差异。作者认为,巴山松作为一个独立的种是成立的。     

松材线虫两种实用分子检测技术

为检验已开发的SCAR标记与实时PCR两种分子检测方法鉴定松材线虫的可靠性,本文选用线虫未知种样品7个以及已知种样品3个为实验材料,采用上述两种分子检测方法进行检测,并且对7个线虫未知种样品进行形态鉴定。结果表明：1）运用SCAR标记检测,第2、3、4、7号4个未知种样品与8号松材线虫样品出现了一条清晰、明亮的860b...     

基于连续投影算法-遗传算法-BP神经网络的可见/近红外光谱木材识别

  目的  基于可见/近红外光谱技术,以10种木材为研究对象,探索不同预处理和特征提取方法下BP神经网络识别木材的效果。  方法  利用美国ASD公司生产的LabSpec 5000光谱仪采集10种木材的光谱图,分别进行移动平均法处理、移动平均法+多元散射校正(MSC)、移动平均法＋标准正态变量变换(SNV)、Savitzky-Golay卷积平滑算法(S-G滤波器)、S-G滤波器+MSC和S-G滤波器+SNV的预处理,运用主成分分析法(PCA)、连续投影算法(SPA)、SPA和遗传算法(GA)联合分别进行特征提取,将提取的特征结合BP神经网络进行木材识别试验。  结果  以SPA和GA联合提取光谱特征时,移动平均法+SNV的预处理效果最佳,以吸收峰为起始波段(W_initial=1 445 nm)、吸收峰个数为特征个数(N_tot=9)时,识别率较高,特征个数大部分减少为SPA提取特征值个数的一半左右。BP神经网络的平均识别速度提升明显。10种木材的平均识别率为98.0%,其中7种木材的识别率达到了100.0%。  结论  在移动平均法+SNV的预处理下,SPA和GA联合提取光谱图的特征,既可提高BP神经网络识别木材的正确率,又可提升识别速度。图3表6参23     

不同含水率状态下木材细胞壁孔径分布变化

【目的】探究由水分所引发的木材细胞壁孔隙结构变化规律与机制,为木材的热质转移、渗透性以及木材改性提供理论指导。【方法】将杨木和杉木分别制成5 mm(径向)×5 mm(弦向)×1 mm(轴向)的木片,基于氮气吸附法、差示扫描热孔计法考察试样在绝干状态、气干状态、纤维饱和状态和饱水状态4种典型水分状态下的孔径分布、比表面积、孔体积等特征参数,并对比不同状态和不同树种间的孔隙结构差异。【结果】木材细胞壁孔径大多在10 nm以下,尤其以4 nm以下为主,10 nm以上孔隙相对较少;随着含水率的提升,木材细胞壁孔径分布曲线显著升高,从气干状态到纤维饱和状态,杨木和杉木的孔径分布最大值分别增加了52.73%和58.62%,而从纤维饱和状态到饱水状态,两者分别增加了435.24%和470.43%。【结论】在木材由绝干状态逐渐吸湿,以及吸水至饱水状态的过程中,木材细胞壁孔隙体积呈明显增大趋势。在木材达到饱水状态后,细胞壁孔隙体积增大至极限,但由于自由水的冰点下降,其在-2℃左右产生大量吸热信号进而干扰测量结果,故此时差示扫描热孔计法所测得的孔径分布参考范围有限。不同树种间孔隙分布差异不明显。     

民族药山栀茶的生药学鉴别研究

[目的]研究光叶海桐、狭叶海桐、海金子的生药学特征.[方法]采用药材性状和显微鉴定的方法对光叶海桐、狭叶海桐及海金子进行对比研究.[结果]山栀茶3个种在显微鉴别上存在相同点及明显差别.在组织鉴别上,光叶海桐主要含草酸钙簇晶,木纤维单个或数个相聚;狭叶海桐皮层含石细胞,木栓层与皮层分离不完全,偶见草酸钙方晶;海金子不合草酸钙簇晶,草酸钙方晶易见,呈单个散在,木质部与韧皮部相间排列.在粉末鉴别上,光叶海桐粉末木栓组织细胞较薄,木纤维呈梭形、较短,可见破碎的油室及黄色挥发油;狭叶海桐粉末可见螺纹与少数孔纹导管并列存在,木纤维较长,挥发油颜色为淡黄色;海金子粉末中偶见梯纹导管,木栓细胞排列较厚、颜色较深,挥发油颜色较深,并可见少量石细胞.[结论]该研究为山栀茶药材的鉴别和质量评价方法提供参考.     

Segmentation of pores in wood microscopic images based on mathematical morphology with a variable structuring element

A set of pores is one of the key features in the process of wood identification. A novel method to segment pores in a wood microscopic image is proposed in this paper. The method has three steps. In the first step, structuring elements with several sizes are employed in a mathematical morphology algorithm to enhance the pores and remove other tissues in a wood microscopic image. Then the best structuring element size is determined according to the results obtained from the previous step. Finally, a binary image that includes only pores is obtained by an adaptive thresholding. Experimental results show the efficiency of the method.     

樟树5个品系精油组分含量和木材性质的比较研究

测定了樟树5个品系精油组分含量及木材纤维、导管分子形态特征和木材基本密度等材性性状的变异，结果表明，樟树5个品系间精油含量及精油中主要成份含量差异显著。品系间木材纤维形态（纤维长度、宽度、直径、壁腔比、腔径比、长度比、壁厚）、导管形态特征和木材基本密度等多数性状差异不显著，品系间热水浸提物含量差异显著。浸提前木材基本密度与浸提后木材基本密度间存在着显著的正相关。5个品系中仅芳樟型类木材基本密度与胸径成显著的负相关；根中精油含量与胸径呈显著的正相关。