基于球坐标转换的土壤机械组成空间插值研究

土壤机械组成作为一种成分数据,为满足其空间插值的定额、非负、线性无偏和最优要求,通常需要对其进行转换。本文以宁夏银北地区土壤机械组成数据为例,引进了球坐标转换方法,利用经球坐标转换、对称对数比转换和非对称对数比转换后的数据进行普通克里格插值,分析了球坐标转换方法对土壤机械组成数据转换的可行性与科学性,并比较了不同转换方法对土壤机械组成空间预测效果的影响。结果表明:球坐标转换方法能满足土壤机械组成空间插值要求,对于研究区砂粒、粉粒的空间插值精度较对称对数比转换和非对称对数比转换方法高,而对于黏粒,其插值精度却逊于对称对数比转换和非对称对数比转换方法。本研究为土壤机械组成空间插值提供了一种易于理解、计算量小、不需要考虑零值、又能保证一定插值精度的转换方法。     

利用FTIR和化学计量学对牛肝菌亲缘关系的研究

采用傅里叶变换红外光谱结合化学计量学对不同种牛肝菌亲缘关系进行研究,为该种群亲缘关系鉴定提供依据,同时为人工栽培牛肝菌奠定理论基础。采集12个种类72份牛肝菌样品的红外光谱,采用二阶导数(2D)、标准正态(SNV)变量和小波压缩(WC)等方法对牛肝菌的原始红外光谱进行优化处理,结合偏最小二乘判别分析(PLS-DA)建立鉴别模型。将PLS-DA得到的前8个主成分数据作为提取数据代入系统聚类分析(HCA),获得亲缘关系树状图。结果显示:12种牛肝菌的原始红外光谱较为相似,共有峰主要归属为蛋白质、多糖、纤维素和氨基酸等物质中OH、C=O、C-O-H、C=O、C-C等官能团的吸收峰。对比不同优化处理的鉴别结果,发现2D+WC预处理方法对不同种类牛肝菌区分效果较好。HCA亲缘关系树状图表明,按照物种层面划分,中华牛肝菌和远东疣柄牛肝菌亲缘关系最近,且2种牛肝菌与圆花孢牛肝菌亲缘关系较近;深褐牛肝菌和美味牛肝菌亲缘关系较近;小美牛肝菌和美柄牛肝菌亲缘关系较近,且2种牛肝菌与栗色牛肝菌亲缘关系较近。傅里叶变换红外光谱法可应用于牛肝菌的亲缘关系分析,能为野生食用菌的亲缘关系研究提供一种新方法。     

水青树木材红外光谱特征研究

采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)法测定了水青树等6种木材红外光谱。结果表明,通过各自的特征峰和共有峰相对峰强的比较可以区别6种木材。水青树木材的红外光谱各官能团吸收峰的特征表明,其化学组分交错于针阔叶材之间,木质素含量和结构具有一定针叶材的特征。通过红外光谱共有峰率和变异峰率双指标序列法的分析,在系统位置上,水青树与金缕梅科处于更近的位置,而与木兰科更远。红外光谱在木材分类研究和鉴定领域有较好的应用前景,此技术也有望成为木材司法鉴定体系中的有效方法之一。     

基于声波信号的HHT和Multi-PCA无损检测鸡蛋蛋壳裂纹

采用自行搭建的声波信号响应装置对实验中裂纹鸡蛋样本的蛋壳裂纹随机分布进行无损检测。利用端点检测等方法对声波信号(采集点在鸡蛋赤道部位)进行预处理,然后采用Hilbert Huang变换(HilbertHuang transform,HHT)和多重主成分分析(Multi-PCA)对预处理之后的声波信号进行分析,分别提取声波信号在时域和频域上的主要特征参数,用于鸡蛋蛋壳裂纹的分类检测。结果表明,当鸡蛋蛋壳裂纹大小和位置均随机分布时,由HHT和Multi-PCA提取的特征参量经由支持向量机(support vector machine,SVM)模型和人工神经网络(artificial neural network,ANN)模型均可达到较高识别率。在SVM模型中,采用径向基核函数的效果最好,检测精度高达90%;在ANN模型中,整体回归系数可达0.924 76,检测精度为86.70%。     

基于FT-MIR的秸秆炭热值快速检测方法

采集棉花、小麦、玉米、油菜和水稻等5种农作物秸秆,经炭化处理制备秸秆生物炭实验样本,采用C2000型量热仪测定其热值,利用VERTEX 70型傅里叶红外光谱仪采集红外光谱。采用联合光谱影响值和化学值绝对误差法剔除异常样本,光谱理化值共生距离法(SPXY)划分样本集,利用TQ Analyst 8.3定量分析软件对光谱进行预处理,并结合偏最小二乘法(PLS)建立秸秆生物炭高、低位热值的定量分析模型。研究结果显示:经多元散射校正(MSC)和一阶导数(first derivative)对光谱进行预处理后,建立的高位热值定量分析模型效果最优,其验证集相关系数RP为0.909,验证均方根误差RMSEP为614J/g,相对标准差RSD为2.61%;经多元散射校正(MSC)和一阶导数(first derivative)结合S-G平滑法对光谱进行预处理后,建立的低位热值定量分析模型效果最优,验证集相关系数RP为0.873,验证均方根误差RMSEP为707J/g,相对标准差RSD为3.12%。结果表明,利用FT-MIR快速检测秸秆生物炭的热值是一种可行的方法。     

再生稻收割机的视觉导航路径检测方法

采用机器视觉技术研究再生稻收割机导航路径检测方法.根据农田再生稻图像特点,基于HSV空间的S分量结合Otsu算法得到初始分割阈值T;为更好地保留不同成熟度再生稻植株特征,加入修正因子-a,得到分割阈值T-a二值化图像.将土壤路径从再生稻植株中分割出来,根据形成的植株左右边界区域特征,提出逐行扫描图像动态检测导航路径的中间离散点集,利用基于已知点的Hough变换检测出稻桩行间导航路径.结果表明:处理一幅像素419×310的图像平均耗时0.064 s,具有较好的实时性,对稻叶交叠现象具有较强的适应性,拟合的导航线符合人眼视觉感官判断.     

基于时间序列叶面积指数傅里叶变换的作物种植区域提取

为了获取不同农作物的空间分布信息,以华北平原黄河以北地区为研究区域,利用Savitzky-Golay滤波对2014—2016年的时间序列叶面积指数(leaf area index,LAI)进行重构,进而应用一阶差分法和重构LAI的傅里叶变换的谐波特征对研究区域主要农作物冬小麦、玉米和棉花种植区域进行识别和提取,并对不同作物的识别精度进行验证。结果表明,基于Savitzky-Golay滤波重构的LAI能够去除由云、大气等因素造成的LAI骤降的影响,重构LAI曲线平滑且符合作物的生长规律特征。研究区域2014—2016年作物识别的总体精度均大于80.00%,2015年达到87.08%,冬小麦-夏玉米、春玉米、棉花和单季夏玉米的识别精度分别为92.50%、80.00%、85.00%和82.50%,表明利用一阶差分法能够准确提取研究区域一年一季和一年两季作物种植区域。结合傅里叶变换方法和作物物候信息能够有效地识别不同作物的种植区域,进而获取研究区域主要农作物的分布信息。该研究可为研究区域主要作物的长势监测及产量估测预测提供参考。     

一种新小波图像降噪方法在农业采摘中的应用

机器人在田间采摘果蔬过程中必然受到多种图像噪声的影响,在利用小波进行图像降噪时,出于最大限度保存图像信息考虑,阈值的选择是一个最重要的环节。提出一种新的基于小波变换的非线性阈值函数,这种函数兼顾了最优阈值和阈值函数这两个降噪的最重要因素,从而获得最佳的效果。试验证明,这种方法降噪效果良好,与传统的软阈值、硬阈值函数相比,不仅提高了去噪后图像的峰值信噪比（PSNR）,而且在视觉上也更加清晰。     

CBERS-02影像条带噪声处理方法探讨

选择覆盖内蒙古阿荣旗地区CBERS02-CCD数据,采用直方图匹配法、主成分分析法、矩匹配法、低通滤波法、小波变换法等空间域和频率域共5种方法,结合定性分析和定量计算对比评价,结果表明,小波变换法可以有效去除条带噪声,而且在细节突出方面也存在一定优势;矩匹配法容易改变地物本身的光谱信息,虽然条带去除效果较好,但不适宜CBERS-02影像数据图像与处理工作;主成分分析法不仅没有去除条带,在某种程度上,反而加强了条带噪声。     

基于霍特林变换的稻米彩色图像粒形检测算法

利用稻米分割后轮廓灰度图与背景灰度图的灰度均值之差和灰度方差之差进行米粒图像分割效果定量评价,对7个彩色通道的稻米图像进行分割评判,选取I1(红色、绿色、蓝色通道的平均值)通道进行稻米图像分割。提取分割后标注的单粒米粒边界的二维坐标向量,对坐标向量进行霍特林变换,通过计算变换后米粒最小外接矩阵来表征稻米粒形,简化了现有的稻米粒形检测算法。检测稻米粒型时,算法在MATLAB7.5.0环境下运行。该算法所得米粒长宽比与人工检测结果的平均相对误差为1.65%,每幅图像平均耗时0.323s;而最小外接矩形算法的平均相对误差为2.24%,每幅图像平均耗时2·837s。