基于机器视觉的核桃仁特征提取与分级方法研究

基于机器视觉技术研究出一种适合新疆核桃仁分级特征提取与分级的方法。该方法利用已经完成图像预处理的实时采集的样品核桃图像,运用OpenCV完成从RGB到HSV的颜色空间转换,提取核桃仁颜色和完整度特征,建立原始特征矩阵特征,利用mRMR特征选择算法筛选原始特征集并对特征的重要性进行排列,最后通过对支持向量机、决策树和朴素贝叶斯3种机器学习算法进行模型训练和测试,得出最佳分级方法。结果表明,在使用特征bin19、K_1和bin15训练朴素贝叶斯分类器时,核桃仁的分级正确率达到最大,为97.33%。故得出基于机器视觉研究出的核桃仁特征提取与分级方法可以完成对核桃颜色和完整度的分级任务的结论。     

基于机器视觉的核桃仁分级方法

机器视觉检测技术在农产品的检测中应用越来越广泛,核桃在脱青皮、干燥、储藏过程中可能发生变质,核桃仁表皮的色泽会发生变化,破壳取仁的过程也可能造成核桃仁碎裂。本研究通过机器视觉的方法代替人工对核桃仁从颜色与完整度上的分级,对核桃仁图像进行预处理与分割,并提取色调、饱和度、核桃仁轮廓面积与最小外接圆面积之比等特征,通过机器学习的方法建立决策树模型对核桃仁样本进行预测,总体正确率达到92%,为核桃仁的自动分级提供了参考。     

核桃土壤养分评价及其与核桃产量的相关性分析

【目的】评价新疆叶城县核桃土壤养分有效性,研究其与核桃产量的相关性,分析限制核桃产量养分因子。【方法】在叶城县核桃园采集土壤测定有机质、速效氮、速效磷、速效钾、pH和可溶性总盐,进行土壤养分分级,分析各种养分与核桃产量的相关关系。【结果】有机质、速效氮、速效磷都属于中低水平,速效钾属于中等水平,69.7%的土壤pH大于8.5,98.6%的土壤可溶性总盐<2.0 g/kg。有机质、速效钾对核桃产量没有显著影响,速效氮>90 mg/kg时核桃增产13.1%,速效磷>20 mg/kg时核桃增产11.4%,pH>8.5时核桃减产17.1%,可溶性总盐>2.0g/kg时核桃减产15.0%。【结论】叶城县核桃土壤整体处于中低水平,pH值和可溶性总盐对核桃产量影响最大,其次是速效氮和速效磷。     

基于微调卷积神经网络迁移学习模式下被害棉叶图像的识别

【目的】研究一种基于卷积神经网络的危害棉叶症状识别技术,提高棉花病虫害的识别准确率。【方法】基于caffe深度学习框架,在CaffeNet网络结构基础上增加一层全连接层(记为CaffeNet+1),并结合迁移学习方法对网络进行训练。采集健康、红叶茎枯、红蜘蛛、枯萎、黄萎、双斑萤叶甲、蚜虫、褐斑棉叶图像各975张作为样本集。随机选取验本集中80%的图像样本作为训练集,剩余20%作为测试集。【结果】迁移学习方式下学习率取0.005时的CaffeNet+1模型最优,在测试集上其识别准确率可达98.9%。【结论】在与全新学习模式下的CaffeNet模型相比,该方法可加速网络模型收敛,且具有更高的识别准确率,该技术方法在准确识别田间病虫害棉叶后表现症状的图像写出来具体方面具有重要的应用价值。     

基于机器视觉的核桃仁大小自动分级技术

为了改善我国核桃仁外观品质人工检测速度慢、精度低、费时费力的现状,提出1种基于机器视觉和图像处理技术的核桃仁大小检测方法。构建图像采集系统以获得与背景颜色对比度明显的待检核桃仁图像;通过灰度变换、中值滤波,降低了图像处理计算数据量,提高了图像信息的可读性;通过阈值分割和区域填充,得到了清晰完整的核桃仁区域分割图;使用像素统计法计算核桃仁像素面积;提出1种自适应平均算法对样本学习训练,进而计算出大小分级阈值;以Lab Windows/CVI 2012为开发平台,借助其图像采集和图像处理函数,设计配套的核桃仁大小自动分级软件。结果表明,该方法在实验室条件下可实现核桃仁大小分级,分级正确率达90.0%以上。     

设施蔬菜自动对靶喷药技术研究现状与分析

【目的】回顾与总结国内外设施蔬菜自动对靶喷药技术的研究现状与进展,为该技术在设施蔬菜自动对靶喷药机器人的发展应用上提供理论和科学依据。【方法】采用相关文献资料、实地调研的方法,汇总、整理及分析。【结果】导航技术国外主要采用基于GPS、机器视觉、激光雷达等技术开发的路径识别及智能避障技术,国内主要采用电磁诱导、基于GPS、激光雷达和视觉技术的道路边缘获取与道路识别技术。病虫害检测现阶段国外主要采用图像识别、红外成像和高光谱及基于深度学习的病虫害识别技术,技术较为成熟,国内现阶段主要采用图像识别技术,利用作物颜色、纹理及形状特征进行识别。国外对靶喷药采用机器视觉、激光主动视觉和超声波技术并结合传感器对目标作物进行识别,利用变速喷药技术在生菜、番茄等作物上进行了应用,国内开发了温室自主喷药机器人,采用机器视觉技术获取靶标病虫害位置信息,对喷头进行单独控制,以达到精准对靶施药的效果。【结论】导航技术、病虫害识别技术及对靶喷药技术是自动对靶喷药技术的核心。导航方面在温室中利用机器视觉和激光雷达技术相比GPS技术更加可靠、灵活,精准度更高,高光谱与病虫害识别技术可提高病虫害识别的效率,对靶喷药技术中目标作物的识别与冠层稠密程度的判断是发展趋势。     

基于无人机多光谱遥感图像的玉米田间杂草识别

【目的】为了精确高效识别玉米田间杂草,减少除草剂施用,提高玉米种植管理精准性。【方法】通过六旋翼无人机搭载多光谱相机获取玉米田块多光谱图像。为分离图像中植被与非植被像元,计算了7种植被指数,采用最大类间方差法提取植被指数图像中非植被区域,制作掩膜文件并对多光谱图像掩膜。通过主成分分析对多光谱图像进行变换,保留信息量最多的前3个主成分波段。将试验区域分为训练区域和验证区域,在训练区域中分别选取了675处玉米和525处杂草样本对监督分类模型进行训练,在验证区域选取了240处玉米样本及160处杂草样本评价模型分类精度。将7种植被指数、3个主成分波段的24个纹理特征及经过滤波的10个反射率,共计41项特征作为样本特征参数。利用支持向量机-特征递归消除算法（support vector machines-feature recursive elimination,SVM-RFE）和Relief算法从41项特征中各筛选14项特征构成特征子集,采用支持向量机、K-最近邻、Cart决策树、随机森林和人工神经网络对特征子集进行监督分类。【结果】支持向量机与随机森林对全部特征及2个特征子集分类效果较好,支持向量机总体精度为89.13%—91.94%,Kappa>0.79,随机森林总体精度为89.27%—90.95%,Kappa>0.79。【结论】SVM-RFE算法对数据降维效果优于Relief算法,支持向量机（SVM）模型对区域冠层尺度下玉米与杂草的分类效果最好。     

机器视觉在线检测核桃大小软件设计

【目的】设计一种可以利用机器视觉对核桃大小进行在线分级处理的软件。【方法】通过配置大恒USB2.0工业相机,实时获取核桃在线检测时RGB图像,利用VS2010开发出界面程序对采集到的图像源数据进行格式转换和预处理,获得轮廓图像。利用OpenCV的图像矩计算原理提取核桃外形尺寸数据,为下位机控制板提供等级信号控制不同等级电磁阀动作。【结果】软件可以同步显示处理前后的图像,实现了图像优化采集和分割阈值手动调节。【结论】基于机器视觉在线检测核桃大小软件可以判定不同外形尺寸大小的核桃,可以将分级信号准确送出。     

核桃主枝环剥后不同部位光合光响应特性

【目的】研究核桃主枝环剥之后上、下部位核桃叶片对光能利用的差异,为新疆核桃提质增效提供技术支撑。【方法】选取长势一致的3株核桃树在内堂空虚的主枝中下部位进行环剥,萌发新枝后进行嫁接,并选取三株完整核桃树作为对照,利用Li-6400便携式光合分析仪测定核桃在17不同光量子通量密度下的光响应曲线。【结果】核桃主枝环剥之后上、下部位叶片与未环剥核桃叶片的光响应参数不一致:未环剥核桃叶片的Amax、LSP、LCP、Rd均高于环剥核桃树的叶片,环剥下部的AQY值最大,即在弱光阶段环剥上部光合曲线的斜率最大。环剥下部叶片的Gs、Tr、Ci值都高于未环剥与环剥上部。随着PAR强度的增强, Tleaf也随之变化,环剥上部的叶温最低。【结论】环剥上部由于环剥原因使得营养流失,光合作用较弱,而环剥下部萌发的新枝长势良好,营养补充及时,适合对其新枝进行嫁接。     

果树叶片滞尘对其光合速率和耗水特性的影响

【目的】 研究果树叶片在滞尘和未滞尘两种状态下对光合速率变化特征及耗水特性的影响。【方法】 选取四种果树通过LI-6400XT光合仪在连续时间段内测定清洗和未清洗的叶片,分析其光合速率和水分利用效率变化特征。【结果】 单位叶面积滞尘量核桃最大,其次是苹果和杏,库尔勒香梨单位面积滞尘量最小;未清洗叶片光合速率变化:库尔勒香梨>核桃>苹果>杏,清洗叶片光合速率依次为库尔勒香梨>苹果>核桃>杏;杏、核桃、库尔勒香梨和苹果水分利用效率均存在显著差异。【结论】 叶面滞尘对植物的光合作用速率产生负面影响,植物滞尘与其叶片形态结构(叶表面沟槽等)有密切关系,植物叶片形态结构间接对光合作用产生影响。四种果树叶片清洗与未清洗对环境因子的变化有不同的反应,清洗后叶片对环境变化响应更快。表明叶片清洗后Pn、Gs、Ci、E与水分利用效率、光合速率相关性更弱,叶片滞尘状态下水分利用效率和光合速率受生理指标因子的影响更大。     

基于GF-2影像对恰西国家森林公园的遥感分类

【目的】 选用面向对象的监督分类法,对研究区域的天山云杉林进行遥感分类,选取一种分类效果最佳的方法,为该区域的林地资源调查、动态监测评价提供依据。【方法】 基于高分二号(GF-2)遥感影像数据,借助ESP 尺度评价工具和目视解译相结合,筛选研究区各地物最优分割尺度,利用3种不同分类方法在此基础上进行遥感分类。【结果】 研究区内的水体、道路、其他用地、林地和草地的最优分割尺度,分别为390、372、316、296、246;其次在各地物最优分割尺度下,比较最邻近分类、结合矢量数据分类和阈值分类3种方法,经过精度评估发现,3种分类方法的 Kappa 系数和总体精度值分别为0.760 7、0.782 0、0.840 6和0.814 8、0.830 5、0.876 5。【结论】 阈值分类方法优于其他2种方法,选用更为优良的阈值分类方法引入解决该地区林地资源调查是可行的。     

扁桃种质资源坚果数量性状遗传多样性和概率分级

【目的】研究新疆地区扁桃种质资源坚果主要数量性状遗传多样性,并对其进行概率分级,为新疆扁桃遗传改良和优质新品种选育提供参考依据。【方法】以收集90份新疆地区种质资源为研究对象,测定坚果单果重、坚果纵径、坚果横径、坚果侧径、坚果果形指数、果壳厚度、果仁单仁重、果仁纵径、果仁横径、果仁侧径、果仁果形指数、出仁率12个数量性状。【结果】(1)90份新疆扁桃种质资源12个数量性状的变异系数均在10%以上,其中坚果单果重、果壳厚度、单仁重和出仁率4个与扁桃经济性状密切相关的指标变异系数分别达到了45.16%、48.14%、33.20%和36.02%。(2)90份新疆地区扁桃种质资源12数量性状符合正态分布,按照概率统计法分为5级。(3)扁桃数量性状之间是相互制约和相互影响的关系,其中坚果单果重、果仁单仁重、果壳厚度、出仁率4个性状相互间呈极显著相关关系。【结论】新疆地区扁桃种质资源遗传多样性丰富,概率分级符合种质特征。     

核桃主栽品种新新2和温185光合特性与其品质和产量的关系

【目的】 研究核桃光合特性与其品质和产量的关系。【方法】 以新疆优良核桃品种新新2和温185为材料,对照分析2个品种的光合作用及其叶绿素荧光特性,与其果实品质和产量的关系。【结果】 温185和新新2光合速率与量子效率没有显著差异,这与2个品种单株产量和单产一致。2个品种在出仁率上有显著差异,即温185出仁率显著高于新新2,温185呼吸速率也显著高于新新2,出仁率可能与其代谢特性有关。总叶绿素含量之间无显著差异,而温185的叶绿素a/b值和类胡萝卜素含量均极显著高于新新2。【结论】 温185和新新2的产量与其光合特性有关,而其品质与其它代谢有关。温185比新新2具有更强的光保护能力。     

基于无人机多光谱影像的地物识别

【目的】利用2018年5和6月获取的无人机多光谱影像对北京市大兴试验基地的部分农田进行地物类型提取研究。【方法】确定感兴趣地物种类,对影像进行时相与光谱特征分析,然后确定归一化植被指数NDVI、归一化绿蓝差异指数NGBDI、修正型比值植被指数MSR和红边波段反射率可以作为最优分类特征,通过基于光谱变量阈值分割的决策树分类法,实现地物分类,并提取种植面积,选取基于目视解译的地面调查数据进行方法验证。【结果】基于时相与光谱特征的决策树分类方法有较好效果,该方法用于小麦、果树和大棚的提取,误差值分别为10.68%、6.06%和16.48%,面积提取误差在17%以内,对无人机多光谱遥感影像进行地物识别具有一定的适用性。【结论】无人机低成本、高效率的优势为农田信息及时获取提供参考。     

核桃实生幼苗光合特性对高磷胁迫的响应

[目的]研究高磷胁迫下核桃砧木苗的光合生理及物质积累特性,为核桃直播建园砧木苗磷肥施用管理提供参考.[方法]以新新2核桃幼苗为材料,比较其在高磷梯度下生物量、光合特性、荧光特性、光合产物及叶片营养元素的影响.[结果]核桃实生幼苗的生物量整体随着施磷量的增加呈下降趋势,净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率、初始...     

石竹叶斑病病原鉴定

[目的]研究鉴定引起新疆石河子地区石竹叶斑病的病原,为石竹叶斑病的防治提供理论基础.[方法]采集典型石竹叶斑病发病叶片利用常规组织法分离和纯化,选取8个代表性菌株,采用菌丝块贴接法和喷雾法测定致病性;应用病菌形态学和rDNA-ITS区、组蛋白3和β-微管蛋白序列进行比对和分析,建立多基因联合系统发育树,确定病原菌的分类...     

基于无人机影像的天山云杉林单木树冠信息提取

【目的】 研究树冠信息估测出林分密度、生长量等森林调查指标,判断林木生长优良状况提供参考,【方法】 基于无人机遥感影像,以新疆农业大学实习林场主伐迹地下天山云杉林(Picea Schrenkiana var tianshanica)为研究对象,采用高斯-拉普拉斯算子(Laplacian of Gaussian,LOG)结合最大类间方差寻找最优阈值(Otsu)对影像进行处理,并利用标记控制分水岭分割方法分别提取疏、中、密3种不同郁闭度的天山云杉单木树冠信息。【结果】 利用优化后的标记控制分水岭分割方法较好的解决了过分割问题,对单木树冠信息提取的F测度在疏、中、密林区分别是98.26%、92.91%和87.57%。【结论】 使用的方法提取单木树冠信息精度较高,可以评价对天山云杉林的生长状况,可对主伐迹地下天山云杉林的更新和恢复提供可靠的技术支撑。     

采用GBS-seq技术构建甜瓜高密度遗传图谱

【目的】构建甜瓜高密度遗传图谱,为研究甜瓜重要性状基因定位及功能分析奠定基础。【方法】以甜瓜材料K7-4(高抗霜霉病)和K7-2(高感霜霉病)为亲本,杂交再自交得到 F₂分离群体。构建GBS文库并进行双末端测序,使用滑动窗口的方法进行基因型分型,SAM TOOLS软件检测SNP位点,采用Joinmap 4.0软件进行排图,用perl SVG模块绘制连锁图,用win QTL cart 2.5进行QTL检验,根据复合区间作图法,使用R/qtl软件包进行QTL定位。【结果】构建了总长为4 823.55 cM的遗传图谱,标记间平均遗传距离为1.43 cM。在苗期、生长中期和生长后期共检测到26个与甜瓜霜霉病性状相关的QTL。【结论】基于GBS-seq技术获得了甜瓜高密度遗传图谱,最终将抗霜霉病基因关联到CM3.5.1_scaffold00005上的6,831,227~7,830,935 bp,约1Mb的区间范围内。