黑背景下收获前棉花图像色特征生成及其品级聚类分析

为了客观地评价田间收获前棉花品级,依据我国子棉收购文字标准,运用机器视觉技术,对棉花的尺寸和色泽特征进行了研究,其色泽特征包括6个常用颜色空间下棉花和带壳棉花的黄色区域、黄色深度、白度、色差等8个色泽特征.结果表明,RGB、NTSC、亨特、HSI颜色空间下的特征参数区分度较好;棉花尺寸与色泽特征的相关性表明棉花白度为无效特征.在各颜色空间下,基于有效图像特征对7个品级的棉花样本进行了K均值聚类分析.分析结果说明,棉花品级的聚类结果独立于颜色空间;铃壳色泽对品级的贡献显著;由于其聚类品级与图像特征的相关性普遍较高、较均衡,且算法运行时间较短,HSI颜色空间可能是棉花品级聚类的最优颜色空间.与人工分级相比,机器视觉的区分度更好,因此机器视觉技术可用于提高收获前棉花分级精度.     

基于HSV彩色模型的自然场景下棉花图像分割策略研究

 棉花成熟度和空间位置的识别是采棉机器人研究的关键技术,解决此问题必须对棉花图像进行分割。选取HSV模型中与亮度无关的S通道作为棉花图像的特征,排除了图像明暗变化对分割效果的影响。文中分两种情况对图像信息未缺失的棉花提出了成熟度判别的策略：正面时利用成熟棉花棉瓣的分散性和单朵棉花面积较大等特征进行判别;侧面时通过成熟棉花棉瓣相对棉荚面积比较大的特征进行识别。根据提取分割后棉花图像的几何信息,可确定棉花的重心位置。试验结果表明：该算法能很好地将成熟棉花从背景中分离出来,并较好地保存了棉花的轮廓信息。     

基于颜色阈值的田间籽棉图像分割技术

为正确分割田间籽棉图像,将棉花与背景视为二个类别,在典型的未成熟籽棉图像和不同质量等级的成熟/过熟籽棉图像中,用肉眼选取20 000个白棉、黄染棉和污染棉等棉花像素以及20 000个棉株、土壤等背景像素,在RGB、HSI、La*b*和Hunter颜色空间下获取二类像素之间的颜色阈值,基于阈值进行图像分割,选取噪声较少的HSI和La*b*颜色空间,进一步基于形态学滤波器去噪,实验结果表明,907幅籽棉图像分割的准确率为87.21%和86.33%。HSI颜色空间更适合分割成熟籽棉图像,La*b*颜色空间则适合未成熟籽棉;颜色阈值覆盖范围广,基于速度的阈值分割法能够适应田间籽棉环境。     

基于YCbCr颜色空间和Fisher判别分析的棉花图像分割研究

棉花的分割是采棉机器人研究的关键技术。本文分别在HSV、HIS和YCbCr颜色空间下,首先根据棉花的颜色信息与背景颜色信息的差距,对样本图像中的各个对象(棉絮、棉枝、土壤等)分类; 其次根据分类结果分别提取各类在各颜色空间下的样本像素值; 再根据类间离散度最大和类内离散度最小的准则计算出Fisher判别向量和各类的质心; 最后按照像素值离各质心最近的准则进行图像分割。结果表明, 在YCbCr颜色空间下产生的分割噪声最小,选取此颜色空间,采用贴标签的方法自适应去噪。实验仿真表明,本方法可有效避免阳光直射和阴影的干扰,对各种情况都能准确分割,分割准确率达90.44%。     

棉花温敏雄性不育系特棉S-1的形态学和细胞学特征研究

 以温敏雄性不育系特棉S-1及其正常可育品种D7为实验材料,对其形态学、细胞学特征进行了深入、系统的研究。结果表明：形态学研究发现,温敏雄性不育系特棉S-1的花器官明显较对照小,但是其它形态学特征差异很少;细胞学研究发现,特棉S-1败育主要发生在四分体形成期,花粉母细胞退化、花粉母细胞无荚膜、四分体质核分裂不同步、多分孢子、花粉粒畸形、花粉粒粘连、绒毡层提前解体及药隔组织薄壁细胞的退化等为棉花温敏雄性不育系特棉S-1的细胞学败育特征。     

基于数码图像的棉花叶片氮含量估测研究

为了探究利用数码图像处理技术诊断棉花氮素营养的最佳图像特征参数和最佳叶位,以‘新陆早53号’为材料,使用智能手机获取棉花不同叶位叶片图像,利用数字图像处理技术提取叶片图像颜色和纹理特征参数,分析叶片氮含量和特征参数的相关性,构建基于不同图像特征参数的氮含量估测模型。结果表明：颜色特征参数r、G/(B+R)、G/B和纹理特征参数COR、ASM与叶片氮含量相关性较好,相关性系数(r)均大于0.55。基于颜色-纹理综合特征参数构建的氮含量估测模型均优于基于颜色或纹理特征参数所建模型,其中倒4叶氮含量估测模型最优,模型决定系数(R²)为0.875、均方根误差(RMSE)为1.324、相对误差(RE)为8.09%。因此,利用数字图像处理进行棉花氮素营养诊断时,应选择的最佳图像特征参数为r、G/(B+R)、G/B、COR、ASM,应选择的最佳叶位为棉花倒4叶。     

基于图像特征的收获前籽棉品级聚类融合分析

为客观评价收获前籽棉品级,依据籽棉品级国家标准,基于机器视觉在3个颜色空间中选取棉棉瓣大小、色泽特征用K-均值、竞争学习网络方法对7个品级的样本进行聚类融合分析。结果表明,亮度修正后特征之间极显著相关,Hunter颜色空间较好。肉眼对第1、2、7品级的识别率为73%~100%,3~6品级为26%~46%,总计47.7%;聚类融合对各品级的识别率为65%~100%,总计78.6%。聚类融合方法基于人类的先验知识,在更宽的视觉范围内更均衡所有特征,可克服个体聚类器的过度训练,能够客观地识别收获前籽棉品级,提高其采摘、收购质量。     

基于红外热图像的棉花冠层水分胁迫指数与光合特性的关系

 利用Fluke红外热像仪获取两个棉花品种4水平水分处理5个关键生育时期冠层的红外热图像;并在红外热图像测试的样本区内,分别测试棉花叶片净光合速率（P_n）、气孔导度（G_s）和叶面积指数（LAI）。应用图像处理技术,提取棉花冠层受光叶片温度,并将人工参考湿表面（WARS）的温度运用到Jones定义的作物水分胁迫指数CWSI的经验公式中,计算CWSI;分析棉花冠层CWSI和光合参数的生育期变化,表明棉花冠层CWSI升高,P_n、G_s和LAI相应降低;不同水分处理条件下,生育期CWSI平均值分别与Pn、Gs和LAI平均值呈极显著的负相关关系（r_CWSI-Pn=-0.9182^**,r_CWSI-Gs=-0.8819^**,r_CWSI-LAI=-0.8661^**,n=16）,CWSI与Pn、Gs和LAI可同步反映棉花冠层水分胁迫的状况。研究结果表明,先进的红外热图像技术,提供了一种获得作物冠层表面温度的高分辨率空间信息的手段,能够消除背景干扰因素的影响,更精确的计算棉花冠层CWSI,可快速、有效、准确地监测棉花冠层的水分状况。     

基于最小阈值法的棉花幼苗识别研究

 面对纯机械式分苗机构经常出现的漏分和多分的问题,本文提出使用基于最小阈值法的图像识别技术对棉花幼苗进行识别和分离。使用了HSV颜色空间内与光照条件无关的H值将RGB真彩色图像转化为灰度图像,以提高图像处理的实时性。基于最小值阈值法,提出一种能够有效地将处于复杂背景下的棉花幼苗茎部图像提取的方法,使用棉花幼苗茎部图像的面积和长宽比等几何信息能有效识别棉花幼苗,并得到棉花幼苗茎部的重心坐标。本文的研究证明了用图像处理中的最小阈值法识别棉花幼苗是可行的。     

缺钾诱导早衰条件下应用嫁接技术研究根-冠互作对棉花下胚轴解剖结构的影响

缺钾诱导早衰条件下,根-冠互作对棉花叶片早衰的调节包括地上部主导型和根系主导型。本研究主要观察缺钾条件下2种根-冠互作类型单接穗单砧木(I型)和双接穗单砧木(Y型)嫁接接穗下胚轴的解剖结构,并判断其与下胚轴木质部中CTK和ABA的流量是否有关。结果表明,地上部主导型I型嫁接接穗下胚轴解剖结构与砧木品种更为相似,与其木质部CTK和ABA的流量主要受地上部调节不符;Y型嫁接2个不同品种接穗之间下胚轴解剖结构的差异与其木质部CTK和ABA流量的差异虽然具有相关性,但可能是一种伴生现象。根系主导型I型嫁接砧木对接穗的影响很大,但这与砧木对接穗下胚轴木质部CTK和ABA流量的调节可能也是一种伴生现象;Y型嫁接2个不同接穗之间下胚轴解剖结构差异较大,与二者之间CTK和ABA流量无显著差异的结果不符。因此,棉花叶片早衰2种根-冠互作类型接穗下胚轴解剖结构与其木质部中CTK和ABA的流量无关。此外,无论是地上部主导型还是根系主导型,2个品种自身嫁接的接穗下胚轴结构差异在Y型嫁接与I型嫁接中不一致,可能与Y型嫁接的2个接穗之间存在冠-冠互作有关。     

The Quantitative Method for Temperature Distribution of Cotton Leaves Based on Infrared Thermal Images

[Objective] The leaf temperature is an effective parameter reflecting crop physiological process and energy exchange. This study aimed to put forward a method to quantify the temperature distribution within cotton leaves. [Method] The infrared images of cotton leaves of potassium deficiency and normal cotton plants cultivated in nutrient solution were taken and studied. The irrelevant background in the infrared images was removed by using software of Stata and Surfer. The geostatistical spatial grid method was used to quantify the temperature distribution within cotton leaves. Finally, the temperature scales of different images were unified for better and faster comparison of leaf temperature differences among images. [Result] The processed image clearly reflected the differences among different treatments in leaf temperature. The mean leaf temperature, leaf vein temperature and leaf temperature outside leaf vein of potassium-deficient cotton were 0.52 ℃, 0.59 ℃ and 0.47 ℃higher than those of normal leaf, respectively. In addition, the temperature variation amplitude (0.76 ℃) and coefficient of variation (0.38%) of potassium deficient leaf were higher than those of normal leaf (0.54 ℃, 0.27%), and the temperature of the leaf vein increased the most (0.53 ℃). The analysis of the frequency distribution of temperature within the cotton leaf showed that the quartile deviation of temperature distribution of potassium-deficient leaf was 0.07 ℃ higher than that of normal leaf, indicating that the temperature distribution of normal leaf was relatively concentrated. [Conclusion] The proposed method is helpful for further monitoring of cotton growth and may guide cotton precise management.     

农业机器人采摘棉花的前景展望与技术分析

综合分析了国内外棉花采摘与分级技术的现状,指出农业机器人采摘棉花更适合我国国情。针对采摘机器人的非结构化工作环境和作业对象有生命等技术特点,分析了采摘机器人在自主导航、目标识别与定位和机器人本体结构设计三方面的研究现状。重点讨论了农业机器人采摘棉花的关键技术:一是自然环境下棉花的识别与分类。图像增强、特征提取和图像理解是视觉领域的三个过程,现代数学领域的小波分析、分形几何、模糊与粗糙集理论、人工神经网络和支持向量机等为此提供了有力的工具。二是机器人末端执行器结构的设计。借助多传感器信息融合技术完成棉花与铃壳的分离,实现末端执行器的自适应柔顺控制。随着智能领域的长足发展,采摘机器人代替人类采摘棉花的梦想一定能够实现。     

转Bt基因棉抗棉铃虫鉴定技术及抗性表示方法研究

1997～1998年通过接幼虫和即将孵化的卵,进行转Bt基因棉室内鉴定技术及表示方法研究。结果表明,以接即将孵化的卵粒,4d后观测其取食情况最为简便准确,根据试验结果拟定检测分级标准,提出利用抗虫指数计算各抗虫棉群体抗性,依此可以量化地表示转Bt基因棉的抗虫性。     

Bt基因在不同陆地棉基因型的表达研究

研究了Bt基因在陆地棉不同遗传背景下的表达差异。结果表明,(1)Bt基因在不同陆地棉基因型中均能充分表达,与常规(非抗虫)棉相比抗虫性极为显著。(2)不同陆地棉基因型品系(种)之间抗虫性比较,有差异且部分品系间达极显著水平。(3)Bt基因在不同陆地棉基因型的表达,前期(对二代棉铃虫的抗性)差异较大;中期(对三代棉铃虫的抗性)差异变小;后期(对四代棉铃虫的抗性)没有显著差异。(4)转Bt基因抗虫棉Bt基因的表达随棉花的生育进程呈逐渐降低趋势,即对二代棉铃虫的抗性>对三代棉铃虫的抗性>对四代棉铃虫的抗性。     

杂交棉纯度鉴定技术及其纯度控制效果研究

以抗草甘膦陆地棉突变体(R1098)为父本,通过广泛地测交筛选获得高优势的抗草甘膦杂交棉新组合———浙杂14。对河南、安徽和浙江三个制种点6批次的浙杂14杂交棉种子分别进行发芽试验和苗床试验,并用30mL·L1的草甘膦溶液进行纯度鉴定。苗期纯度鉴定结果表明,三个制种点6批次的浙杂14种子纯度分别为91.7%、92.4%、77.7%、81.6%、85.6%和86.6%,发芽试验鉴定的纯度结果略低于苗期鉴定,但趋势完全相同,因此这两种方法均可进行该杂交组合种子纯度鉴定。不同纯度杂交棉种子的生产试验结果表明,在一定范围内,杂交棉的皮棉产量与其种子纯度呈正相关,用草甘膦去除假杂种后,可显著增加皮棉产量,并对纤维长度、纤维整齐度和纤维比强度有明显改良作用。     

棉花"双重子房"棉铃形态学与形成因素的研究

以陆地棉中棉所16为研究材料,采用植物形态学、解剖学方法及栽培技术对海南冬季棉花多年出现的"双重子房"棉铃进行初步研究.结果表明:双重子房棉铃花蕾的形态由共同的苞叶、花萼、花冠、雄蕊、柱头、花柱及生长在大子房中的小子房所组成;小子房早在棉花开花前已经形成,并与大子房争夺营养物质,导致落铃、烂铃;"双重子房"棉铃的生长发...     

不同棉花群体冠层数字图像颜色变化特征研究

 为了探索利用数字图像监测棉花长势的方法,研究了不同群体的冠层数字图像颜色变化特征。结果表明,RGB模型中,R分量在全生育期呈现开口向上的二次曲线变化趋势;G分量变化为开口向下的二次曲线;不同密度B分量差异较大,变化曲线形状介于R和G之间。RGB组合性状中,R/(G+B)、R/G、R、R/B类似,B、B/(G+R)、B/G类似,G、G/(R+B)类似,其中R/G、G/(R+B)、R/(G+B)的二次曲线特征更明显。HIS模型中,H分量变化趋势为开口向上的二次曲线;I分量变化基本符合二次曲线;S分量变化无二次曲线特征。R,G,R/G、G/(R+B)、R/(G+B)以及H分量在整个生育期变化具有一定的规律可循,可能是反映作物长势的潜在指标,这将对数字图像监测作物长势具有重要意义。