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植物叶片测量方法的研究

作　者: 胡迪
导　师: 苑玮琦
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 图像处理叶片参数测量矩边界链码角点提取
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

叶片是植物进行光合作用和蒸腾作用的主要途径,有关植物生长情况的众多信息都与叶片的形状特征有着密不可分的联系,所以建立一套科学、准确、快速地测量叶片各种参数的方法对于植物的生长发育等生命活动都有着重要意义。随着数字图像处理技术的发展和计算机处理速度的提高,其在农业方面也得到了广泛的应用。它们改变了传统技术速度慢、准确率低、实时性差等缺点,可以提高叶片测量的效率。本文通过对叶片图像的分析,提出了叶片图像的采集及预处理、叶片与叶柄的分割、叶片的参数测量以及叶片形态分析的方法。首先利用扫描仪获得叶片图像,在预处理阶段,针对扫描得到的叶片图像的特点,通过阈值分割法获得二值图,再利用二值形态学的方法进一步提高了图像质量。在叶片参数的具体测量阶段,运用非零像素团标记法实现了多个叶片的标记,结合叶片和叶柄的形状特征设计了叶片与叶柄自动分割的算法,利用像素计数法测量面积,并用8向边界链码描述了叶片的轮廓形状,在此基础上获得叶片的周长。结合最小外接矩形的概念,运用基于矩的方法测量叶片的长宽。根据叶片各个参数,实现了叶片的形态分析。最后,针对锯齿的结构特征,利用叶片的轮廓链码,设计了锯齿检测算法。为了更方便地进行植物叶片测量技术的研究,本文利用MATLAB的图像处理工具箱和GUI功能实现了一套基于扫描仪的植物叶片参数自动测量模拟系统,实现了叶子、叶片和叶柄的长宽、面积、周长的自动测量以及叶片的形态分析,并对叶片锯齿进行了检测。根据本文提出的方法,用采集到的叶片图像进行实验,结果表明:在本文方法中,周长的测量误差小于4%,面积的测量误差小于2%,长宽的测量准确率为98.4%,锯齿检测的准确率为85%,并且大部分叶片全部参数的测量时间小于1s。与其它方法相比,本测量系统具有运算速度快、数据准确、操作简单的特点,占有一定的优势。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-16
  1.1 研究目的和意义  10-11
    1.1.1 利用数字图像处理技术研究植物叶片测量的意义  10
    1.1.2 研究植物叶片测量的目的  10-11
  1.2 叶片测量的国内外研究现状  11-14
    1.2.1 国内研究现状  11-12
    1.2.2 国外研究现状  12-14
  1.3 本文研究内容及结构安排  14-15
  1.4 研究的技术路线  15
  1.5 小结  15-16
第二章叶片图像的采集及预处理  16-25
  2.1 叶片图像的采集  16-18
  2.2 叶片图像的预处理  18-24
    2.2.1 图像分割  18-22
    2.2.2 数学形态学处理  22-24
  2.3 小结  24-25
第三章叶片的参数测量  25-52
  3.1 叶子的标记  25-26
  3.2 叶片与叶柄的自动分割  26-28
    3.2.1 估算叶柄宽度  26-28
    3.2.2 具体分割  28
  3.3 叶、叶片及叶柄的周长测量  28-33
    3.3.1 参考物法  29
    3.3.2 链码的概念  29-30
    3.3.3 本文的轮廓链码获取方法  30-32
    3.3.4 周长的计算  32-33
  3.4 叶、叶片及叶柄的面积测量  33-34
    3.4.1 传统的叶面积测量方法  33
    3.4.2 参考物法  33-34
    3.4.3 本文方法  34
  3.5 叶子、叶片及叶柄的长宽测量  34-41
    3.5.1 旋转法测量长宽  35-36
    3.5.2 基于矩的方法测量长宽  36-39
    3.5.3 两种方法的结果对比与分析  39-41
    3.5.4 叶子与叶柄的长宽测量  41
  3.6 叶片形态分析  41-44
    3.6.1 矩形度  41-42
    3.6.2 纵横轴比  42
    3.6.3 形状参数  42
    3.6.4 圆形度  42
    3.6.5 偏心率  42-44
  3.7 锯齿参数的测量  44-48
    3.7.1 叶片角点检测  44-46
    3.7.2 叶片锯齿检测  46-47
    3.7.3 锯齿点数量的计算  47-48
  3.8 实验结果分析  48-51
    3.8.1 叶片标记结果分析  48-49
    3.8.2 叶片与叶柄分割结果分析  49
    3.8.3 周长测量结果分析  49-50
    3.8.4 面积测量结果分析  50-51
    3.8.5 长宽测量结果分析  51
    3.8.6 锯齿检测结果分析  51
  3.9 小结  51-52
第四章植物叶片测量模拟系统的实现  52-56
  4.1 模拟系统的工作界面  52-53
  4.2 模拟系统测量结果的演示  53-55
  4.3 小结  55-56
第五章结论  56-57
参考文献  57-60
在学研究成果  60-61
致谢  61

植物叶片测量方法的研究

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