基于三维机器视觉的植物叶片萎蔫预测模型

采用基于激光斜射测距原理的三维扫描装置实时获取植株三维图像,从中提取叶面卷曲统计指数、分形维数和二维傅里叶变换直流分量作为萎蔫指数来定量研究植物的萎蔫程度,采用西葫芦、葫芦、南瓜及秋葵4种植物的嫩叶期体态变化检验了3种萎蔫指数与萎蔫程度的相关性,结果表明:3种萎蔫指数与萎蔫程度均具有较好的相关性,相关系数都达到了0.82以上。在此基础上,运用SPSS软件建立了3种萎蔫指数与环境饱和水气压差VPD及光合有效辐射的多元线性回归统计模型。     

基于3-D数据的叶片萎蔫形态辨识方法

以西葫芦为试验对象,采用非接触式激光扫描获取植物叶片3-D形态信息,运用微分几何算法、二维傅里叶谱分析法、垂直投影叶面积法以及标准差法定义了4种植物萎蔫指数(TB_3D、RLWI-2DFT、RTPLA和RSD)用来定量刻画植物萎蔫状态。试验结果表明萎蔫指数能够很好地定量刻画植物萎蔫形态。其中TB_3D与太阳全辐射量、大气温度线性相关,决定系数取值范围分别为[0.710,0.721]和[0.513,0.589]。TB_3D与茎秆直径线性相关,决定系数为0.845。最后通过比较4种萎蔫指数刻画萎蔫状态的相关性,两两间决定系数大于0.736,结果表明4种指数的萎蔫表征效果基本一致。     

基于TOF摄像机的植物叶态萎蔫辨识研究

为定量辨识植物叶态的萎蔫程度,定义了基于离散时域傅里叶变换的萎蔫指数,搭建了一套植物叶态采集系统,以黄瓜和绿皮西葫芦幼苗为试验样品,采用植株根部快速失水与汲水的方法,控制植株叶片处于不同程度的萎蔫状况,使用TOF摄像机获取叶态3D图像信息,对图像进行去噪、阈值分割、点积运算等处理,得到目标叶片的三维点云数据,运用离散时域傅里叶变换计算其萎蔫指数。通过对黄瓜单片叶和绿皮西葫芦多片叶在植物失水、叶片萎蔫阶段和植物吸水、叶片恢复阶段的萎蔫指数定量对比分析,以及对叶片萎蔫指数在整个植物水分胁迫过程的单因素方差分析,显著性分别为0.890 4、0.292 2、0.903 6,均大于0.05,验证了基于TOF摄像机的叶态萎蔫定量辨识方法的可行性与准确性。     

基于“双毯法”的植物叶态萎蔫辨识研究

为实现植物生命需水状况的无损检测,通过定量辨识植物叶态萎蔫特征反映植物亏水胁迫状况,基于分形理论"双毯法"定义了萎蔫指数LDBM,利用基于激光三角原理的三维激光扫描仪获取植物叶片表型点云数据,以西葫芦、秋葵、葫芦、南瓜4种植物为研究对象,结合饱和水汽压差与光合有效辐射2种微环境参数,进行了植物叶态萎蔫定量辨识研究。试验分析了4种植物萎蔫指数LDBM的日变化曲线,证明LDBM用于表征叶态萎蔫状况是合理和可行的;分析了萎蔫指数LDBM与微环境参数的相关性,4种植物LDBM与饱和水汽压差相关系数均大于0.81,与光合有效辐射相关系数均大于0.71,与2种参数都有很强的正相关性;并且与基于离散时域傅里叶变换定义的萎蔫指数L2DFT进行了对比,LDBM与L2DFT呈负相关性,4种植物的相关系数均大于0.82,表明LDBM能够准确地定量表征叶态萎蔫。     

基于3-D图像的植物亏水胁迫萎蔫体态辨识方法

萎蔫现象是植物亏水胁迫环境下表现出的一种生命特征。为了定量辨识植株的萎蔫体态,在应用激光扫描装置快速获取植株3-D图像基础上,定义了4种萎蔫指数,即叶面卷曲统计指数、叶片形心的高斯曲率、基于形心切平面的叶尖投影以及叶片边缘投影求和平均。实验方法将叶片萎蔫程度分为5个等级水平(LS1~LS5),通过逐一检验每种定义的萎蔫指数是否具有单调性得出可应用性结论。实验结果表明距离投影算法满足萎蔫指数的单调要求,尤其是叶片边缘投影求和平均萎蔫指数具有更好的鲁棒性。     

喀斯特地区黄壤土壤水库蓄存能力及分形估算

以重庆市黔江区喀斯特地区3种典型黄壤为研究对象,分析了其土壤水库蓄存能力,通过构建2种土壤粒径分形模型对3种土壤的土壤水库蓄存能力做了推导预测。结果表明,喀斯特地区黄壤土壤水库蓄存能力受到土壤密度、有机质、土壤颗粒和土层厚度的共同作用;以土粒粒径与颗粒数量关系求得的土壤分形维数(D1),以及以土粒粒径与颗粒质量关系求得的土壤分形维数(D2),可以用来推求喀斯特地区黄壤的田间持水率和萎蔫系数;利用土壤粒径分布进行的土壤水库蓄存能力预测,萎蔫系数的预测情况较田间持水率较差,这也造成了无效水库容与有效水库容预测精度比贮水库容和通透库容的预测低。     

微机保护中的改进递推傅氏算法

常用的傅里叶算法虽然具有很强的滤除谐波的能力,但它无法滤除衰减的直流分量。该文首先对三种改进递推傅氏算法进行了理论分析和比较,然后通过一个具体例子对三种算法的滤除谐波和衰减直流分量的能力进行了分析和比较,通过仿真结果证明了该三种方法的有效性以及实用性。     

基于叶片自由水量变化的甘蔗凋萎系数研究

为更加精确可靠地测量作物凋萎系数提供技术手段和理论参考,基于受旱叶片自由水量变化确定甘蔗发生永久性萎蔫的方法,选择ROC22号为参试品种,在苗期、分蘖期、伸长期、成熟期进行干旱处理,分别胁迫至α(叶片初始萎蔫)、β(叶片全部变萎蔫)、θ(自由水量降到最低值且不再变化)开始灌溉,观察复水后蔗叶自由水量的恢复情况。结果发现,1灌水后各生育期α、β自由水量均有不同程度的回升,蔗叶也逐渐转绿;2θ自由水量基本保持不变,且叶片没有复绿的迹象。干旱胁迫下自由水量降到最低值后叶片发生永久性萎蔫,此时所对应的土壤含水率可作为甘蔗凋萎系数的近似值。ROC22号在苗期、分蘖期、伸长期、成熟期的凋萎系数分别约为5.89%、4.63%、2.49%、6.46%。     

基于EMD+FFT联合滤波方法在机床主轴非平稳信号分析中的应用

针对数控磨床主轴振动信号中噪声影响特征值提取的问题,提出了一种基于经验模态分解方法(EMD)与快速傅里叶变换(FFT)联合的滤波方案。首先利用经验模态法(EMD)将主轴振动信号分解成若干个满足内稟模态函数的IMF分量,再利用快速傅里叶变换对每个IMF分量做时频转换,可以得出IMF分量的频域图谱。对包含噪声的IMF分量进行阈值滤波,得到降噪后的IMF分量,将IMF分量重新合成为原信号。利用仿真信号对该方法实验,同时对数控机床主轴信号进行实际测试表明,该方法不仅仅能够很好地分解出主要频率成分,同时弥补了FFT变换无法分析非平稳信号的缺点,提高了EMD算法的精度,有效地滤除主轴信号中的噪声成分。     

农田土壤重金属季节性变化周期研究

农田土壤重金属变化对于农田作物种植安全有着重要的影响。对山东省滨州市农田耕层土壤重金属Pb、Hg、Cd、Cr、Cu和类重金属As按照季度间隔进行了从2010年1月至2013年1月的采样测试。采用周期分析和快速傅里叶变换(FFT)谱分析方法计算各重金属的主分量周期,并做周期检验。研究表明农田土壤重金属具有不同程度的累积趋势,Pb具有2个季度的主分量周期,Cd和As具有4个季度的主分量周期,其他重金属主周期特征不明显。