基于Faster R-CNN的活体植株叶片气孔检测方法研究
发布时间：2021-05-16 04:39
植物气孔是植物个体与外界环境进行物质和能力交换的通道,对调节生态系统碳、水循环、植物与环境相互调控等过程起着极其重要的作用。气孔的准确识别和分析是气孔格局和气孔特征参数计算的关键。目前的植物气孔图像采集方法主要采用撕取叶片表皮组织,制成标本在显微镜下成像,气孔数量统计分析多采用人工测量或半自动化技术,难以实现准确、高通量、自动化处理。因此本文在深入分析叶片气孔显微图像的特点的基础上,构建基于Faster R-CNN目标检测框架的气孔识别网络模型,优化网络参数,实现植物叶片显微图像的气孔检测和分析。本文使用VHX-2000数码显微镜分别采集两种放大倍率（500X,1000X）下共1000多幅杨树叶片气孔图像。在经过预处理和目标标注软件标注之后,制作只含500X气孔图像、只含1000X气孔图像和两种倍率气孔图像混合三个类型数据集,并分别训练三种气孔目标检测模型。使用三种模型对包含两种倍率的共200幅气孔图像（500X和1000X各100张）交叉进行气孔目标检测,同时自动统计了检测出的气孔总数量,并计算得到气孔目标检测的精度和召回率。气孔检测精度为99.92%,检测召回率最高为99.32%（...
【文章来源】：东北林业大学黑龙江省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题来源
1.2 课题背景及意义
1.3 国内外发展现状
1.4 本论文的主要研究内容和结构安排
1.4.1 主要研究内容
1.4.2 本文的结构安排
2 植物叶片气孔图像采集和数据集构建
2.1 植物叶片显微图像气孔目标检测流程
2.2 植物叶片气孔图像的采集
2.2.1 植物气孔特征
2.2.2 植物气孔图像采集方案
2.2.3 气孔图像采集结果
2.3 植物叶片气孔图像的预处理
2.3.1 气孔图像预处理方法
2.3.2 气孔图像预处理结果
2.4 数据集的制作
2.4.1 气孔图像标注工具
2.4.2 数据集制作结果
2.5 本章小结
3 目标检测算法原理与结构
3.1 目标检测算法简介
3.1.1 传统目标检测算法
3.1.2 基于深度学习的目标检测算法
3.2 深度学习神经网络的基本原理
3.2.1 神经网络简介
3.2.2 卷积神经网络的结构和原理
3.2.3 神经网络运算流程
3.3 Faster R-CNN目标检测算法的整体结构
3.4 Faster R-CNN目标检测算法结构介绍
3.4.1 特征提取网络
3.4.2 候选区域生成网络
3.4.3 分类与位置回归网络
3.5 本章小结
4 实验结果与分析
4.1 模型训练硬件平台和环境
4.2 量化评估参数
4.3 气孔目标检测模型的训练
4.4 气孔检测模型对气孔图像的检测
4.4.1 杨树叶片气孔图像的检测和密度计算
4.4.2 白桦叶片气孔图像的检测结果
4.5 气孔目标检测模型分析
4.6 本章小结
结论
参考文献
附录
攻读学位期间发表的学术论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于eCognition植物叶片气孔密度及气孔面积快速测算方法[J]. 朱济友,徐程扬,吴鞠. 北京林业大学学报. 2018(05)
[2]植物气孔发育机制研究进展[J]. 王宏亮,郭思义,王棚涛,宋纯鹏. 植物学报. 2018(02)
[3]樱桃番茄叶片气孔特征和气体交换过程对NaCl胁迫的响应[J]. 张浩,郭丽丽,叶嘉,张雷,王清涛,李菲,张茜茜,曹旭,徐明,郝立华,郑云普. 农业工程学报. 2018(05)
[4]西藏东达山3种嵩草属植物气孔特征沿海拔的变化[J]. 朱玉怀,张大才,李双智. 西北植物学报. 2017(04)
[5]生长素调控植物气孔发育的研究进展[J]. 商业绯,李明,丁博,牛浩,杨振宁,陈小强,曹高燚,谢晓东. 植物学报. 2017(02)
[6]濒危植物膝柄木叶表皮细胞及气孔器的显微构造[J]. 招礼军,袁娟,朱栗琼,徐艳霞,杨丽梅. 西部林业科学. 2017(01)
[7]高温对蓝莓叶片气孔特征和气体交换参数的影响[J]. 朱玉,黄磊,党承华,王贺新,姜国斌,李根柱,张自川,娄鑫,郑云普. 农业工程学报. 2016(01)
[8]气孔特征与叶片功能性状之间关联性沿海拔梯度的变化规律——以长白山为例[J]. 王瑞丽,于贵瑞,何念鹏,王秋凤,赵宁,徐志伟. 生态学报. 2016(08)
[9]植物气孔的类型、分布特点和发育[J]. 杨洋,马三梅,王永飞. 生命科学研究. 2011(06)
[10]基于遥感图像处理技术胡杨叶气孔密度的估算及其生态意义[J]. 荐圣淇,赵传燕,赵阳,彭守璋,彭焕华. 生态学报. 2011(17)
本文编号：3188992
【文章来源】：东北林业大学黑龙江省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题来源
1.2 课题背景及意义
1.3 国内外发展现状
1.4 本论文的主要研究内容和结构安排
1.4.1 主要研究内容
1.4.2 本文的结构安排
2 植物叶片气孔图像采集和数据集构建
2.1 植物叶片显微图像气孔目标检测流程
2.2 植物叶片气孔图像的采集
2.2.1 植物气孔特征
2.2.2 植物气孔图像采集方案
2.2.3 气孔图像采集结果
2.3 植物叶片气孔图像的预处理
2.3.1 气孔图像预处理方法
2.3.2 气孔图像预处理结果
2.4 数据集的制作
2.4.1 气孔图像标注工具
2.4.2 数据集制作结果
2.5 本章小结
3 目标检测算法原理与结构
3.1 目标检测算法简介
3.1.1 传统目标检测算法
3.1.2 基于深度学习的目标检测算法
3.2 深度学习神经网络的基本原理
3.2.1 神经网络简介
3.2.2 卷积神经网络的结构和原理
3.2.3 神经网络运算流程
3.3 Faster R-CNN目标检测算法的整体结构
3.4 Faster R-CNN目标检测算法结构介绍
3.4.1 特征提取网络
3.4.2 候选区域生成网络
3.4.3 分类与位置回归网络
3.5 本章小结
4 实验结果与分析
4.1 模型训练硬件平台和环境
4.2 量化评估参数
4.3 气孔目标检测模型的训练
4.4 气孔检测模型对气孔图像的检测
4.4.1 杨树叶片气孔图像的检测和密度计算
4.4.2 白桦叶片气孔图像的检测结果
4.5 气孔目标检测模型分析
4.6 本章小结
结论
参考文献
附录
攻读学位期间发表的学术论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于eCognition植物叶片气孔密度及气孔面积快速测算方法[J]. 朱济友,徐程扬,吴鞠. 北京林业大学学报. 2018(05)
[2]植物气孔发育机制研究进展[J]. 王宏亮,郭思义,王棚涛,宋纯鹏. 植物学报. 2018(02)
[3]樱桃番茄叶片气孔特征和气体交换过程对NaCl胁迫的响应[J]. 张浩,郭丽丽,叶嘉,张雷,王清涛,李菲,张茜茜,曹旭,徐明,郝立华,郑云普. 农业工程学报. 2018(05)
[4]西藏东达山3种嵩草属植物气孔特征沿海拔的变化[J]. 朱玉怀,张大才,李双智. 西北植物学报. 2017(04)
[5]生长素调控植物气孔发育的研究进展[J]. 商业绯,李明,丁博,牛浩,杨振宁,陈小强,曹高燚,谢晓东. 植物学报. 2017(02)
[6]濒危植物膝柄木叶表皮细胞及气孔器的显微构造[J]. 招礼军,袁娟,朱栗琼,徐艳霞,杨丽梅. 西部林业科学. 2017(01)
[7]高温对蓝莓叶片气孔特征和气体交换参数的影响[J]. 朱玉,黄磊,党承华,王贺新,姜国斌,李根柱,张自川,娄鑫,郑云普. 农业工程学报. 2016(01)
[8]气孔特征与叶片功能性状之间关联性沿海拔梯度的变化规律——以长白山为例[J]. 王瑞丽,于贵瑞,何念鹏,王秋凤,赵宁,徐志伟. 生态学报. 2016(08)
[9]植物气孔的类型、分布特点和发育[J]. 杨洋,马三梅,王永飞. 生命科学研究. 2011(06)
[10]基于遥感图像处理技术胡杨叶气孔密度的估算及其生态意义[J]. 荐圣淇,赵传燕,赵阳,彭守璋,彭焕华. 生态学报. 2011(17)
本文编号：3188992
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