基于机器学习的黄檀属与紫檀属木材识别方法研究

发布时间：2021-11-04 12:29

　　随着全球森林资源的急剧减少以及木材非法采伐和贸易活动的加剧,热带木材物种已迅速成为《濒危野生动植物种国际贸易公约》（CITES）关注的焦点,加强热带木材进出口监管成为我国CITES履约工作面临的一项严峻挑战。科学准确地识别木材树种,是保护全球木材资源、促进我国木材进出口贸易健康发展的重要途径。本论文为揭示木材种间水平上内在特征的变化规律这一科学问题,解决传统木材解剖学无法实现“种”的识别这一难题,以黄檀属（Dalbergia spp.）和紫檀属（Pterocarpus spp.）木材为研究对象,通过机器学习方法（Machine Learning Approaches,MLAs）,分别开展了木材定量解剖、DNA条形码和计算机视觉的木材识别研究,阐明了木材内在特征在种间的变化规律,为实现木材在“种”水平的准确识别和履行CITES国际公约提供科学依据。主要结果归纳如下:（1）木材宏观和微观构造特征:8种黄檀属木材在颜色、纹理等宏观构造特征以及管孔、轴向薄壁组织和木射线等微观构造特征上都显示出较高的相似性;东非黑黄檀（D.melanoxylon）在木材颜色和木射线宽度上与其他7种木材具有比较明... 

【文章来源】：中国林业科学研究院北京市

【文章页数】：196 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 国内外研究进展
        1.2.1 传统木材识别方法
        1.2.2 木材DNA条形码识别方法
        1.2.3 木材计算机视觉识别方法
        1.2.4 机器学习
    1.3 研究目的与意义
    1.4 主要研究内容
    1.5 研究技术路线
第二章 木材宏观和微观构造特征
    2.1 引言
    2.2 材料与方法
        2.2.1 实验材料
        2.2.2 实验试剂、设备及软件
        2.2.3 木材组织切片制备与图像采集
    2.3 结果与分析
        2.3.1 木材宏观构造特征
        2.3.2 木材微观构造特征
        2.3.3 木材构造特征比较
    2.4 小结
第三章 木材定量解剖特征识别
    3.1 引言
    3.2 材料与方法
        3.2.1 实验材料
        3.2.2 实验试剂、设备及软件
        3.2.3 木材组织切片制备
        3.2.4 图像测量与数据分析
    3.3 结果与分析
        3.3.1 黄檀属木材定量解剖特征识别
        3.3.2 紫檀属木材定量解剖特征识别
    3.4 小结
第四章 木材DNA条形码识别
    4.1 引言
    4.2 材料与方法
        4.2.1 试验材料
        4.2.2 主要试剂配制、所用主要仪器和软件
        4.2.3 DNA提取与纯化
        4.2.4 引物设计与PCR扩增
        4.2.5 DNA条形码序列测序与BLAST验证
        4.2.6 DNA条形码分析方法
    4.3 结果与分析
        4.3.1 黄檀属木材DNA条形码识别
        4.3.2 紫檀属木材DNA条形码识别
    4.4 小结
第五章 木材计算机视觉识别
    5.1 引言
    5.2 材料与方法
        5.2.1 试验材料
        5.2.2 构建木材特征图像数据库
        5.2.3 深度学习算法模型VGG16构建
        5.2.4 深度学习算法模型Alex Net构建
    5.3 结果与分析
        5.3.1 基于VGG16的深度学习模型的木材识别方法
        5.3.2 基于Alex Net的深度学习模型的木材识别方法
        5.3.3 Alex Net的深度学习模型参数优化
    5.4 小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 创新点
    6.3 展望与建议
参考文献
附录
导师简介
在读期间的学术研究
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]CITES公约木材树种管制及我国进口濒危木材贸易现状[J]. 尹江苹,蒋劲东,高瑞清,姜笑梅,袁良琛,殷亚方.  木材工业. 2019(01)
[2]檀香紫檀和染料紫檀快速微损鉴别方法[J]. 梅萍,夏兆鹏,张耀丽,徐晓琳.  福建农林大学学报(自然科学版). 2017(02)
[3]交趾黄檀及其相似树种木材构造的比较分析[J]. 何拓,罗建举.  林业工程学报. 2016(04)
[4]20种红木类木材颜色和光泽度研究[J]. 何拓,罗建举.  林业工程学报. 2016(02)
[5]檀香紫檀和染料紫檀木材研究[J]. 颜志成,陈潆.  质量技术监督研究. 2015(04)
[6]红木资源现状及变化趋势[J]. 翟东群,姜笑梅,殷亚方.  木材工业. 2014(02)
[7]2013年CITES公约管制木材树种的最新变化与分析[J].   木材工业. 2013(03)
[8]木材显微图像的局部水平集分割方法[J]. 汪杭军,祁亨年.  中国图象图形学报. 2012(02)
[9]基于DNA的木材识别新技术发展与应用[J]. 焦立超,殷亚方,孙清鹏,肖复明,姜笑梅.  木材工业. 2012(01)
[10]《濒危野生动植物种国际贸易公约》保护与管制木材种类的诠释[J]. 姜笑梅,殷亚方,刘波.  木材工业. 2010(05)

博士论文
[1]降香黄檀与越南黄檀木材DNA条形码筛选与鉴定研究[D]. 余敏.安徽农业大学 2015
[2]基于DNA条形码的濒危木材识别技术研究[D]. 焦立超.中国林业科学研究院 2015
[3]基于纹理的木材图像识别方法研究[D]. 汪杭军.中国科学技术大学 2013
[4]植物DNA条形码序列筛选与鉴定研究[D]. 庞晓慧.中国协和医科大学 2010
[5]明式家具的科学性与价值观研究[D]. 邱志涛.南京林业大学 2006
[6]木材横切面构造特征计算机视觉分析与树种分类识别研究[D]. 王秀华.东北林业大学 2005

硕士论文
[1]基于GC-MS鉴别木材树种方法的研究[D]. 梅萍.南京林业大学 2017
[2]名贵木质手串用材辨别及GC-MS分析[D]. 吴青思.南京林业大学 2017
[3]六种酸枝类木材结构特征及相关属性的研究[D]. 陈居静.福建农林大学 2013
[4]亚洲主要商品木材构造与识别研究[D]. 李桂兰.广西大学 2007
[5]基于木材组织构造的数字图像处理系统研究[D]. 黄慧.南京林业大学 2006
[6]基于计算机视觉木材表面颜色分类的研究[D]. 王业琴.东北林业大学 2006



本文编号：3475729