面向园艺应用的机器视觉目标辨识方法创新

发布时间：2017-06-02 19:07

  本文关键词：面向园艺应用的机器视觉目标辨识方法创新，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：传统园艺栽培与管理中存在着大量需要依靠人的视觉进行辨识和计量的繁重劳动。应用先进的机器视觉技术可以使得这些工作实现自动化与智能化,从而显著降低劳动强度,提高工作效率。然而,园艺对象的多样性与复杂性又是对机器视觉智商指数的一个客观检验。本文研究主要包括人工智能技术在园艺工程领域的三个应用案例创新,研究内容与主要结果综述如下： 1)提出了一种基于二维傅里叶变换(2DFT)谱分析的温室粘虫板上害虫数量辨识的机器视觉新方法。此方法并非直接对虫子进行计数而是将粘虫板上的虫子看作2D图像的一种噪声而2DFT作为一个特定的噪声收集器。采用2DFT谱分析法构建用于虫子数量算子,进而对此算子进行验证。研究过程首先通过训练模板对提出的2DFT指数进行模拟测试，，得到粘虫指数与粘虫板上诱集到的害虫数量的相关系数R2为1,且与害虫在粘虫板上的分布模式无关。将2DFT指数分别用于对番茄温室黄色粘虫板上的粉虱与韭菜温室蓝色粘虫板上的蓟马进行计数,计数结果与人工清点结果的相关系数R2均在0.99以上,相对误差值均在±4%之内。 2)提出了一种基于2DFT谱分析法的叶片面积自动测量方法,以叶片形状不规则的番茄及叶片形状规则的向Ri葵为试验对象,对番茄叶片样本的面积测定和向日葵叶片样本的面积测定结果均显示,2DFT法与手工测量法测得的值相关性在0.99以上,叶片面积的测量误差在±7%之内。以向日葵、辣椒及茄子植株为对象进行了叶面积连续变化监测试验,利用2DFT谱分析法得出的三种植株的垂直投影面积与手工测量的叶片总面积之间的相关性均在0.91以上。此外,以番茄叶霉病害为例,基于2DFT谱算法实现了叶片病害严重程度的定量化辨识。 3)提出了基于果树结果状态的果园内单株果树产量估测方法。以“Gala”苹果为对象进行了研究,确定了果实面积、果实个数、果实树叶比以及未成簇果实比例等4个特征参数来描述果树上果实着色后的结果状态。以这4个参数为输入,产量为输出,利用神经网络算法建立了半熟期估产模型与成熟期估产模型。将两估产模型用于测试集样本,得出估测产量与实际产量相关系数R2在0.87以上。确定了果实面积、果实个数、果实树叶比、受遮挡果实个数比例及受遮挡果实面积比例等5个特征参数来描述果树青果期的结果状态。以此5个参数作为输入,产量为输出,利用支持向量机方法建立了单株果树青果期估产模型。利用此模型对测试集样本进行估产,估测产量与实际产量相关系数R2在0.68以上。此外,以"Pinova"苹果为对象,开展了不同作物负荷管理(CLM)对果实识别的影响研究。
【关键词】：2DFT 机器视觉 自动计数 叶面指数 果实估产
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP391.41
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-20
• 1.1 研究背景及意义9-12
• 1.2 国内外研究现状12-18
• 1.3 主要研究内容18-19
• 1.4 技术路线19-20
• 第二章 机器视觉相关技术概述20-35
• 2.1 二维傅里叶变换20-23
• 2.2 图像分割技术23-28
• 2.3 形态学方法28-30
• 2.4 Hough变换圆检测30-31
• 2.5 机器学习算法31-35
• 第三章 基于2DFT的害虫自动计数方法35-43
• 3.1 构建2DFT算子35-36
• 3.2 模板训练法36-37
• 3.3 温室应用实例37-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第四章 基于2DFT的叶面指数计算及叶片病斑面积定量辨识43-54
• 4.1 基于2DFT的叶面积检测44-47
• 4.2 叶面积连续监测试验47-51
• 4.3 基于2DFT的叶片病害程度定量分析51-53
• 4.4 本章小结53-54
• 第五章 基于果树结果状态辨识的单株果树产量估测54-86
• 5.1 试验设计与图像采集55-58
• 5.2 "GALA”苹果着色后的产量估测58-71
• 5.3 "GALA”苹果青果期的产量估测71-79
• 5.4 “PINOVA”果实辨识及生长信息分析79-85
• 5.5 本章小结85-86
• 第六章 结论与建议86-88
• 6.1 结论86
• 6.2 主要创新点86
• 6.3 进一步研究建议86-88
• 参考文献88-97
• 致谢97-98
• 个人简介98

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 曹志刚;冯仲科;龙春玲;王久兴;;基于数字图像视觉分析的叶面积活体测定系统研究[J];北京林业大学学报;2005年S2期

2 李斌;尹东;袁勋;李桂芹;;改进的Hough变换对油库目标识别[J];光电工程;2008年03期

3 姚聪;王俊;;中国苹果产量预测模型比较分析[J];果树学报;2007年05期

4 曹志刚,冯仲科,龙春玲,杨秀芹;基于数字摄影与计算机图形技术的植物叶面积测量方法[J];河北科技师范学院学报;2004年01期

5 朱家元,杨云,张恒喜,王卓健;基于优化最小二乘支持向量机的小样本预测研究[J];航空学报;2004年06期

6 陈果;周伽;;小样本数据的支持向量机回归模型参数及预测区间研究[J];计量学报;2008年01期

7 王慧锋;战桂礼;罗晓明;;基于数学形态学的边缘检测算法研究及应用[J];计算机工程与应用;2009年09期

8 滕升华;沈怡平;;颜色空间在图像彩色化处理中的应用分析[J];计算机科学;2009年10期

9 张鑫;孟繁疆;;植物叶面积测定方法的比较研究[J];农业网络信息;2008年12期

10 赵京东;;用两步Hough变换检测圆[J];计算机应用;2008年07期

  本文关键词：面向园艺应用的机器视觉目标辨识方法创新，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：416245