基于混合差分AIC算法的植物茎体超声回波位置检测

在植物茎体超声回波检测中,超声一次回波位置的确定是超声检测的基础。因茎体为非均匀、强衰减的介质,超声在其传播过程中形成了复杂的传播路径,这导致超声一次回波位置不易判定。提出了混合差分的最小信息准则(Akaike of information criterion,AIC)算法,可自动有效地获取茎体超声一次回波位置信息。首先,分析该算法的实现过程并通过仿真实验验证了该检测方法的准确性;其次,以茎体木块为检测对象,分析了超声一次回波位置变化与茎体水分变化的关系,发现超声一次回波位置可有效跟踪茎体水分变化。最后,以不同土壤湿度环境下种植的向日葵为检测对象,在09:00—19:00期间完成向日葵茎体超声一次回波位置的动态检测。实验结果表明,向日葵茎体超声一次回波位置的变化与土壤湿度变化呈正相关。不同土壤湿度的向日葵茎体超声检测差异明显:当土壤短时缺水,茎体超声一次回波位置与土壤水分变化波动明显,符合因短时缺水导致的植物抗旱调节活动与正常的水分吸收与蒸腾活动不断转换的生理活动特点;当土壤水分充盈时,茎体超声一次回波位置和土壤水分变化缓和,同时,在11:00—12:00期间,出现土壤水分最小值与超声一次回波位置最大值,符合因蒸腾作用导致茎体水分下降的生理特点。混合差分AIC算法可自动、有效地获取植物茎体的超声一次回波位置,该信息可作为动态跟踪植物茎体生长状态的检测特征。

Automatic Primary Echo Position Detection on Ultrasound in Plant Stem with Mixed Difference of Akaike Information Criterion