图像特征和样本量对水稻害虫识别结果的影响

【目的】在传统的模式识别分类中,从大量的干扰物体中识别出目标物体,图像特征参数的选择和不同训练样本数量的比例对目标物体的识别结果有着较大的影响。研究的目的在于明晰不同的图像特征和样本量对水稻灯诱害虫识别结果的影响。【方法】根据5种目标害虫体型大小,将水稻灯诱昆虫分成大型昆虫和小型昆虫。研究水稻昆虫图像的全局特征、局部特征和不同特征融合对水稻目标害虫识别结果的影响;研究基于小样本条件,选择不同训练样本比例对水稻目标害虫识别结果的影响。【结果】当非目标昆虫样本量约为目标害虫样本量的4倍时,基于全局特征和HOG特征融合训练得到的支持向量机分类器识别水稻3种大型害虫,可获得91.4%的识别率和8.6%的误检率;当非目标昆虫样本量约为目标害虫样本量的2倍左右时,基于全局特征的支持向量机分类器识别水稻2种小型害虫,可获得94.9%的识别率和4.9%的误检率。【结论】针对小样本数据,从大量非目标中识别出目标物体,选择合适的特征和设置合理的训练样本比例可获得较好的目标识别结果。     

基于多特征融合和稀疏表示的农业害虫图像识别方法

【目的】在农业害虫测报中,常常需要从大量的昆虫中识别出几种重要的测报害虫。目前基于图像的农业害虫识别研究,大部分是在有限种类有限样本量基础上进行的农业害虫识别。本研究为了从大量的水稻昆虫图像中识别出9种水稻测报害虫,尝试提出了一种基于多特征融合和稀疏表示的农业害虫图像识别方法。【方法】首先,为了获得最优的农业害虫识别模型,将所有图像进行旋转使昆虫头朝上,按照1﹕2长宽比裁剪图像,使昆虫居中并占据图像大部分区域,将图像进行等比例缩放至统一尺寸48×96像素。提取所有昆虫的HSV颜色特征、局部特征中的HOG特征、Gabor特征和LBP特征。然后,利用单一特征和融合特征分别对训练样本构建过完备字典,字典中的每一个列向量表示一个训练样本,且满足同一类训练样本均在同一个子空间中;应用过完备字典对测试图像进行多特征稀疏表示,通过求解l1范数意义下的优化问题获取稀疏解,使得除测试样本所在的类别外其他的训练样本的系数都是零或接近零的数值。最后,计算稀疏集中指数阈值,用于判断测试样本的有效性,如果测试样本的稀疏集中指数大于该阈值,则认为最小残差所对应的类别即为测试样本的类别,否则认为该测试样本为非测报昆虫。同时,利用相同的特征和训练样本训练SVM分类器对测试样本进行测试,与稀疏表示害虫识别模型进行比较。【结果】利用单一特征训练的稀疏表示害虫识别模型中,基于HOG特征的稀疏表示识别模型获得了9种测报害虫较高的识别率和较低的误检率,分别为87.0%和7.5%;利用颜色特征分别与3种局部特征进行结合获得的稀疏表示识别模型,测试结果表明,基于颜色和HOG特征的稀疏表示识别模型获得了最高的识别率和最低的误检率,分别为90.1%和5.2%;将颜色、HOG和Gabor 3个特征结合获得的稀疏表示识别模型,识别率下降为83.5%,误检率上升为10.3%。利用同样的特征或特征融合训练得到的支持向量机分类器,识别率均低于对应特征获得的稀疏表示识别模型的识别率,而误检率均高于对应特征训练的稀疏表示害虫识别模型的误检率。【结论】基于颜色和HOG 融合特征的稀疏表示识别模型获得了较高的农业害虫识别率和较低的误检率;通过稀疏集中指数阈值,有效地排除了非测报昆虫,实现了从大量的农业昆虫中自动识别出需要测报的害虫。     

土著AM真菌对荔枝实生苗生长和光合特性的影响

通过施用苯菌灵抑制丛枝菌根(arbuscuIar mycorrhiza,AM)真菌的侵染.研究土著AM真菌对'白蜡'和'黑叶'2种荔枝实生苗的营养生长、矿质养分和光合特性的影响.盆栽试验结果表明:苯菌灵处理显著地降低了'白蜡'和'黑叶'的菌根侵染率,品种间也存在显著差异;苯菌灵处理抑制了'白蜡'的生物量和株高,但是提高了'黑叶'的相应指标,两者的菌根依赖性分别8.22%和-10.50%;苯菌灵处理降低了2个品种的吸磷量和吸钾量,降低'白蜡'的吸氮量,而增加'黑叶'的吸氮量;苯菌灵处理对光合参数的影响与其对生物量的影响相同,即降低'白蜡'的叶绿素含量、净光合速率、蒸腾速率和气孔导度,而增加'黑叶'的相应指标.这些结果表明,土著AM真菌对荔枝实生苗生长的影响与其对光合作用的影响密切相关,不同的品种对土著AM真菌侵染的反应存在很大的差异.     

机器视觉在稻米粒型检测中的应用

针对目前在稻米粒型检测中依靠人工费时、费力、精度难于控制等问题,利用机器视觉技术建立了稻米粒型实时检测系统。提出了以改进的最大类间方差法来自动确定图像分割阈值,采用开运算去除图像中的噪声,使用最小外接矩形方法计算稻米粒型。与直尺法、微粒子计法比较,该系统具有精度高、鲁棒性好、处理快速的特点,能满足稻米粒型检测的实际需求。     

基于区域亮度自适应校正的茶叶嫩芽检测模型

自然光照下不同时间采集的茶叶图像存在亮度不均的现象。由于高亮度图像对比度差且嫩芽特征显著性弱,造成高亮度图像中存在较多嫩芽的漏检。针对现有茶叶嫩芽图像自动检测方法对光照变化的敏感性,该研究提出一种基于区域亮度自适应校正的茶叶嫩芽检测模型。首先,对不同时间采集的龙井43茶叶图像进行灰度化;然后,计算灰度图的平均灰度（Average Gray,AG）值,对AG值在[170,230]的高亮度图像进行不同尺寸的分块处理和局部区域伽马亮度自适应校正;最后,在相同的训练集和测试集训练多个深度学习检测模型。测试结果表明,基于YOLOv5+CSPDarknet53的检测模型比SSD+VGG16、Faster RCNN+VGG16、YOLOv3+Darknet53和YOLOv4+CSPDarknet53模型具有更优的嫩芽检测性能,精确率和召回率分别为88.2%和82.1%。对YOLOv5检测结果进行检测抑制,有效避免了同一目标被多次框选的冗余现象。[30,90)和[90,170)亮度区间内嫩芽图像具有较强的显著性特征和较高的检测精度与召回率。相较于AG值在[170,230)的高亮度原始图像的检测结果,对高亮度图像进行2×3分块和局部区域亮度自适应校正后,YOLOv5嫩芽检测召回率提高了19.2个百分点。对不同光照条件下采集的茶叶图像进行测试,基于区域亮度自适应校正的茶叶嫩芽YOLOv5检测模型获得了92.4%的检测精度和90.4%的召回率。该模型对光照强度变化具有较强的鲁棒性,研究结果为自然光照条件下茶叶嫩芽机械采摘作业提供参考。     

Matlab在昆虫声信号研究中的应用

Matlab是一种功能强大的工程计算及数值分析软件。本文以水稻害虫褐飞虱雄虫求偶鸣声信号为例，利用Matlab信号处理工具箱中的函数对该信号进行时频分析，并进一步探讨了小波分析工具箱、高阶谱工具箱以及神经网络工具箱在昆虫声信号研究中应用的可能性。     

多功能昆虫鸣声信号采集和分析系统及其在褐飞虱鸣声研究中的应用

建立了一套多功能昆虫鸣声信号采集和分析系统(DAASIAS),该套系统界面友好、操作简单、功能齐全,可以对昆虫鸣声信号进行实时采集和各种时频分析,实现了昆虫行为观察与信号分析同步。DAASIAS首先运用在褐飞虱 Nilaparvata lugens  (Stal) 鸣声的采集和分析,结果证明该套系统性能稳定,为昆虫声通讯的深入研究提供了必需的技术平台。     

VA菌根真菌对柑桔果汁成分和果皮着色的影响

VA菌根真菌可促进植物对磷、锌等养分的吸收,改善养分状况,导致植物体内一系列生理生化变化,最终促进生长,增加产量,改善品质。1994－1996年在日本爱媛县松山市7年生伊于柑矮化密植园接种VA菌根真菌（Glomusmosseae）,设常规施磷区、减施磷区和减施磷＋施炭区。试验结果表明：和常规施肥量相比,减少施磷肥量可以显著提高柑桔的菌根感染率;由于菌根感染率提高,减施磷区和减施磷＋施炭区果实的可溶性固形物含量、固酸比,果皮油胞层的磷、糖、类胡萝卜素含量及果皮着色度都显著高于常规施磷区的果实;类胡萝卜素含量与磷含量之间的…     

枇杷质膜水孔蛋白基因EjPIP1的克隆及AM真菌对其表达的影响

【目的】克隆‘早钟6号’枇杷（Eriobotrya japonica ‘Zaozhong 6’）的一个质膜水孔蛋白（plasma membrane intrinsic protein,PIP）基因,分析其序列特征,研究接种丛枝菌根（Arbuscular mycorrhizal,AM）真菌对枇杷水分利用效率（water use efficiency,WUE）及对质膜水孔蛋白基因表达模式的影响。【方法】以‘早钟6号’枇杷实生苗为材料,通过盆栽试验,设置2个处理（AM和NM）,5个重复,利用光合测定系统对叶片水平上水分利用效率进行测定;采用RT-PCR和RACE技术克隆该基因的cDNA全长,结合生物信息学软件对其序列特征进行分析,利用实时荧光定量PCR（Real time-PCR）分析接种AM真菌后该基因在枇杷叶片和根中的表达模式。【结果】在有效的光合同化时间（7：00-17：00）内,接种AM真菌显著的提高了枇杷的水分利用效率。克隆得到枇杷质膜水孔蛋白基因EjPIP1（GenBank登录号：JX041627）,cDNA全长为1 142 bp,编码区含861 bp,共编码286个氨基酸。氨基酸序列分析表明,EjPIP1具有水孔蛋白家族高度保守的2个NPA（Asn-Pro-Ala,天冬氨酸-脯氨酸-丙氨酸）基序。同源性分析显示,枇杷EjPIP1氨基酸序列与已报道的苹果（Malus domestica）、桃（Prunus persica）和智利草莓（Fragaria chiloensis）等高等植物的氨基酸序列同源性很高,分别为97%、92%和90%。Real time-PCR分析结果证实,EjPIP1在枇杷叶片和根中均有表达,并且叶片中的相对表达量略高于根中。正常供水条件下,接种AM真菌后,该基因在根中表达上调,在叶片中表达下调。【结论】接种AM真菌提高了‘早钟6号’枇杷叶片水平上水分利用效率。从枇杷叶片中克隆得到了一个质膜水孔蛋白类的基因EjPIP1,实时荧光定量PCR分析表明该基因在枇杷叶片和根中表达受AM真菌的影响,该基因的表达模式有利于提高AM植株的水分利用效率。     

AM真菌与拮抗细菌的互作及对番茄根系酚类物质的影响

在两室根箱系统中以番茄为供试植物,接种丛枝菌根(AM)真菌Glomusversiforme和/或拮抗细菌,研究两者在根际的互作及对根细胞壁结合态酚的影响,结果表明:拮抗细菌对菌根侵染率有轻微的促进作用,菌丝密度因接种拮抗细菌而增加,而接种AM真菌降低了拮抗细菌在根面、根际的定殖,前者由7 94×106g-1降低到3 75×106g-1,后者由8 08×105g-1降低到2 87×105g-1,其影响甚至延伸到根面以外2cm的范围;AM真菌和拮抗细菌都能提高根细胞壁结合态酚类物质的含量,但后者的增幅更大.可以认为,拮抗细菌对AM真菌有协同作用,双接种有可能促进AM真菌抗病功能的进一步发挥.