基于计算机视觉技术的温室黄瓜叶片营养信息检测

应用计算机视觉技术研究了诊断温室作物营养状态的方法。在日光条件下采集了温室黄瓜叶片图像,然后分别提取了红绿蓝(RGB)三色分量和它们的相对系数rgb,以及色度、饱和度和亮度指标(HSI)。在RGB和HSI颜色模型下分析了各分量与叶片含氮率、含磷率和含水率之间的相关特性。分析结果表明叶片绿色分量G和色度H分量与氮含量线性相关,可用作利用机器视觉快速诊断作物长势的指标,而其它分量与氮含量没有明显的相关性;颜色各分量与磷含量和水分含量均没有表现出明显相关关系;在对单次数据进行分析和比较时发现在同一光照条件下,绿色分量G和色度H与氮含量之间存在较好的线性相关特性,而当光照条件不同时,对两变量之间的线性关系存在一些影响,需要在进一步的试验研究中通过使用人工光源和系统标定的方法改进,以提高线性回归的精度。

采棉机测产系统数据采集与处理的试验研究

收获过程中自动实时采集产量数据,并通过应用软件对所获得的数据进行处理获得产量数据分布图是精细农业的重要基础工作之一。介绍进口采棉机自动测产系统的组成和基本原理,以及棉花测产系统在实际收获中的试验方法。

基于多尺度区间插值小波法的牛肉图像中大理石花纹分割

牛肉大理石花纹的丰富程度代表着脂肪含量的多少,是牛肉等级划分的重要指标。基于计算机图像的自动分级技术中图像的降噪和分割处理是大理石花纹提取的基础。该文利用多尺度区间插值小波解偏微分方程的方法对牛眼肌切面图像进行处理,基于中心相似变换的延拓方法有效解决边界效应。处理中自适应选取配置点,提高计算效率。试验证明,该算法不仅达到降噪目的,同时还实现了对不同对象区域的保边平滑,使图像纹理和边缘更加清晰。降噪结果与传统滤波法进行对比,峰值信噪比值平均比均值滤波高9.0 d B,比中值滤波高8.2 d B,比维纳滤波高6.6 d B,结构相似性数值平均比均值滤波高0.42,比中值滤波高0.40,比维纳滤波高0.34。与大津法相比,去噪后采用灰度进行图像分割的效果更好,既能分割出大脂肪,又能分割出小脂肪,提高了牛肉等级判定的准确度。

中美工程制图及CAD系列课程及教育比较——以中国农业大学和OSU为例

工程制图系列课程是工科专业本科生的基础课程。课程向学生传授技术制图和机构零件的表达方法和技术,以及CAD软件系统的使用方法。文章从实际教学的第一手材料出发,对中美两校同类课程的教学目标、课程内容和学生对课程评价进行了比较。对课程改革提出了建议和意见。

工程制图试题库设计与实现

工程制图课程试卷由于图形、文字混排,是一个值得研究的技术问题,本文就工程制图试题库的设计和实现方法进行了研究。在AutoCAD为图形支持软件的条件下,利用该软件提供的二次开发手段,开发实现了自动生成试卷的试题库。

现代通信技术在温室中的应用

现代通信技术的快速发展为温室产业进一步向集约化、规模化方向发展,信息的远程采集、实时处理与控制提供了重要支撑。越来越多的温室环境控制系统集成了各种先进的通信技术解决方案,建立了高效的管理系统。本文从有线和无线分类角度对目前较常见的现代通信技术进行阐述,对各种通信技术在温室中的应用优势与局限性进行了对比,提出了当前较常用的几种现代通信解决方案。

冬小麦生长期光谱变化特征与叶绿素含量监测研究

在分析冬小麦生长期冠层反射光谱和叶绿素含量变化特征的基础上,对二者之间的相关性进行了研究。表明从小麦拔节期开始,冠层反射光谱在可见光区(400～750 nm)的反射率先降低而后升高,以孕穗期反射率最低;在近红外区(750～1 000 nm)冠层反射率由拔节期至孕穗期反射率降低,然后开始上升。扬花期上升至最高点后又开始下降,直至乳熟期降至最低。冬小麦冠层反射率与叶绿素含量相关分析结果表明,冬小麦拔节期和孕穗期二者呈正相关,扬花期二者呈负相关;整个生长期中,孕穗期可见光区552 nm处反射率与叶绿素含量相关系数最大达0.89。依据冬小麦生长期冠层反射光谱红边拐点位置,分别建立了拔节期叶绿素含量线性检测模型(R^2=0.92)和孕穗期二项式模型(R^2=0.91),用于冬小麦叶绿素含量的无损检测是可行的。

玉米生长期叶片叶绿素含量检测研究

分析了在正常、偏低、偏高等不同施氮水平下,玉米生长期冠层反射光谱与叶绿素含量的相关关系,结果表明玉米叶绿素含量检测的敏感期为拔节期和喇叭口期。正常施氮水平下玉米冠层光谱反射率与叶绿素含量相关关系高于其他施氮水平,即r正常>r偏高>r偏低。整个生长期由苗期开始二者相关系数绝对值满足先上升后下降,于开花吐丝期达最低后回升的趋势,其中玉米拔节期和灌浆期冠层反射光谱与叶绿素含量呈正相关。选取558,667,714和912 nm,分别对玉米拔节期和喇叭口期建立了MLR和PLSR检测模型,经比较,虽然PLSR模型复相关系数较MLR模型有所降低,但模型鲁棒性得到增强。分析拔节期和喇叭口期各种植被指数与叶绿素含量的相关关系,表明DVI优于其他指数,且拔节期DVI与叶绿素含量呈二项式相关,喇叭口期二者呈指数相关。

基于自然光照反射光谱的温室黄瓜叶片含氮量预测

利用便携式光谱辐射仪测量了自然光照条件下温室黄瓜叶片的光谱反射率,并计算了反射率光谱的一次微分光谱。反射率光谱以及一次微分光谱与叶片含氮量的相关分析表明,温室内光谱特性与叶片含氮量相关性最大的敏感波段分别是505～664nm和685～722nm。当利用原始光谱进行分析时,通过变量筛选得到了4个敏感波长,分别是568、596、640和664nm。偏最小二乘回归分析(PLSR)以及归一化颜色指数(NDCI)分析都表明,建模时的相关系数RC>0.800,模型验证时的相关系数RV>0.700。对微分光谱进行的相关分析结果表明,利用单一敏感波长520nm就可获得理想模型,建模时的相关系数为0.880,模型验证时的相关系数为0.787。对比原始光谱的PLSR模型与一阶微分光谱的一元线性回归模型可以得知,原始光谱以及一阶微分光谱都可用于温室内叶片含氮量的预测,而且一阶微分光谱在一些特殊的波长处具有更高的预测能力,这些模型将成为开发便携式作物长势诊断仪器的技术基础。

不同施氮水平下玉米冠层光谱反射特征分析

通过田间试验研究了玉米不同生长期冠层光谱反射率的变化特征,分析了不同施氮水平下可见光区冠层光谱反射率的差异。研究结果表明：受作物群体光和能力的影响,玉米可见光区冠层反射光谱在拔节期达最高点,随后持续降低 近红外区,苗期反射率最低,在拔节期达最高点,喇叭口期有所降低而在开花吐丝期得到回升,进入灌浆期后又下降。不同施氮水平下,拔节期随施氮水平的增加,叶绿素的强吸收带（430~450和640~660 nm）玉米冠层反射曲线呈下降排列,但在550 nm附近反射率R正常〉R偏低〉R偏高 喇叭口期偏低施氮区的冠层反射率在可见光区明显高于其它施氮水平,且偏高和正常施氮区域内光谱反射强度基本相同,显示过量施肥并不会促进作物生长。分析玉米生长期间不同施氮水平下光谱反射率的差异,对监测玉米生长状况,指导田间施肥具有重要的现实意义。

基于条件随机场的农作物病虫害及农药命名实体识别

互联网农技问答平台现仅依靠人工提供答题服务,响应速度慢,回答质量难以保证。实现智能农技问题解答,构建农技知识库,需要从现有问答数据提取"农作物-病虫害-农药"命名实体三元组。现有对农业中文命名实体识别的研究较少,且准确率较低。根据农作物、病虫害及农药命名实体的特点,针对农技问答数据,提出基于条件随机场的农作物、病虫害及农药命名实体的识别方法。对数据集进行格式整理及自动分词,并对分词后的语料,针对是否包含特定界定词、是否含特定偏旁部首、是否是数量词、是否是特定左右指界词及词性等特征进行自动标注。利用标注后的数据训练CRF模型,可以对语料进行分类,包括判断语料是否属于农作物、病虫害、农药3类命名实体并识别该语料在复合命名实体中的位置,从而实现了对3类命名实体的识别,由此可自动构建关联三元组。通过试验选择特征组合和调整上下文窗口大小,提高了本方法的识别准确度,降低了模型训练时间,对农作物、病虫害、农药命名实体识别的准确度分别达97.72%、87.63%、98.05%,比现有方法有显著提高。

玉米作物多光谱图像精准分割与叶绿素诊断方法研究

为了快速获取大田玉米作物长势信息,基于多光谱图像开展了大田玉米叶绿素指标的非破坏性诊断研究。应用自主开发的2-CCD多光谱图像感知系统,在田间采集玉米冠层可见光[Blue（B）,Green（G）,Red（R）;400~700nm]和近红外（Near-infrared：NIR,760~1 000nm）图像,并使用SPAD同步测量样本叶绿素指标。采集后图像经自适应平滑滤波处理后,进行图像玉米植株提取。为了选择最优算法实现玉米植株与杂草、土壤背景的分割,首先比较了最大类间方差（OTSU）分割算法和局部阈值处理分割算法,选取了基于局部统计的可变阈值处理方法对玉米NIR图像进行初步分割,进而采用区域标记算法进行精细分割,分割准确率达95.59%。将分割结果应用于玉米植株可见光图像R,G,B各通道,从而实现了玉米植株多光谱图像中可见光图像的整体分割。基于分割后R,G,B和NIR四个通道的玉米冠层图像,提取了各通道图像灰度均值（ANIR,ARed,AGreen和ABlue）并计算了归一化植被指数（NDVI）、比值植被指数（RVI）和绿色归一化植被指数（NDGI）作为光谱特征参数,建立了玉米冠层叶绿素指标诊断的偏最小二乘法回归模型。结果表明,建模R^2达0.596 0,预测R^2达0.568 5,该方法通过玉米多光谱图像特征参数评估叶片叶绿素含量,可为大田玉米长势监测提供支持。

玉米冠层叶片光谱反射率与玉米长势空间变异的关系

为了寻找一种快捷获取玉米叶绿素空间分布信息的方法,研究了玉米苗期冠层叶片光谱反射率的变化特征,分析了不同生长阶段冠层叶片光谱反射率的空间分布和叶绿素质量浓度的空间分布。研究结果表明:玉米苗期冠层叶片叶绿素的质量浓度空间分布不均匀。冠层叶片的叶绿素质量浓度与光谱指数RVI的相关性较低,与归一化差异植被指数NDVI值和550nm波段的反射率均有较高的相关性。分析550nm波段的反射率值与冠层叶片叶绿素质量浓度值的相关关系,显示二者成负相关变化趋势,相关系数绝对值在0.69～0.88范围随着生长期的变化而逐渐增大,五叶期前期的相关性系数绝对值达到苗期最大值,表明550nm波段反射率值能够较好的反映玉米苗期叶绿素质量浓度的水平,分析和掌握550nm波段反射率值的变化及其空间分布特性对快速监测玉米苗期生长状况,对指导田间施肥具有重要意义。

基于矩阵变换的车载玉米叶绿素含量快速预测系统偏差分析

为了对车载玉米叶绿素含量快速预测系统偏差进行分析,优化车载系统测量结果,该文提出一种空间插值和多维矩阵分析相结合的思想,阐述了基于矩阵变换和GIS空间分析手段的预测偏差分析策略,提高了车载系统快速预测空间分布的预测效果。研究结果表明:使用BP神经网络模型和RBF神经网络模型对车载系统动态预测单点位置叶绿素含量具有一定预测效果,平均决定系数R2约为0.8,2类模型的预测效果相近。RBF神经网络预测结果矩阵经反距离加权法插值后,其空间分布预测偏差度小于10%的数据量占总数据量的85%。表明该方法具有较好的空间预测效果,可以为车载系统动态测量平台预测玉米冠层叶片叶绿素含量的提供决策支持。

基于暗通道先验和区间插值小波变换的图像去雾霾方法

针对在雾霾天气条件下采集到的图像质量退化,影响现代化农业精准作业的问题,该文提出一种基于暗通道先验理论和区间插值小波变换的图像去雾新方法。该文将暗通道先验模型和区间插值小波变换相结合,期望能有效滤除雾霾信息,恢复景物颜色特征,使图像更加清晰。结果表明:经过该方法处理后,图像整体较明亮,图像的对比度和清晰度都得到提高,达到滤除图像中雾霾的效果。主观上符合人眼的观察感受,图像的层次感突出,景物细节纹理也保持较好,彩色图像的色彩饱和度被很好地保持住,图像的失真度较低,逼近景物的真实颜色。去雾效果与暗通道先验算法对比,该文算法标准差数值在R通道平均提高25.44%;G通道平均提高27.90%;B通道平均提高26.24%。因此,采用该方法可以实现图像去雾,为进一步准确获取图像信息奠定基础,适应于现代精准农业的应用。

玉米冠层叶片氮素营养估测研究——基于近地多光谱图像

运用图像处理技术对不同氮营养成分下玉米冠层叶片的近地CCD多光谱图像进行分析,建立玉米叶片氮素营养含量的快速、非破坏性估测模型。实验基于红通道和近红外通道的CCD图像,通过图像切割提取两个通道的主叶片区域的平均灰度值和叶片周围的土壤平均灰度值,根据土壤平均灰度值比值来调整叶片的近红外平均灰度值,计算玉米叶片的基于灰度的植被指数,建立了氮素营养含量和两个通道的图像灰度以及灰度植被指数间的经验线性模型。经过多元线性回归分析后,两者间的相关系数R可以达到0.704。由此实现了对玉米冠层氮营养含量的快速估测。

玉米冠层平行多目图像匹配方法

针对一种四通道矩形排列的多光谱相机,开发了一种平行多目成像匹配模型。利用相机拍摄了田间玉米冠层图像,相机的4个通道分别为R(红)、G(绿)、B(蓝)和NIR(近红外),拍摄距离为0.5m左右。分析了玉米冠层图像的特点,提出了一种图像匹配方法。该方法首先选择某一通道图像作为源图像,其他通道图像作为目标图像,源图像中叶片边缘作为源特征点,由该点18个方向的导数作分量构成特征向量。其次在目标图像中搜索相应的目标特征点,若在其中某一区域内的点与源特征点所在边缘方向夹角小于某阈值,将特征向量与源特征向量的距离为最小的点视为匹配的目标特征点,构成特征点对集合。对于该点对集合中每5对不共线特征点构造1个仿射变换,对所有仿射变换取平均值,构成从目标图像到源图像的仿射变换,完成图像匹配。该方法适用于不规则目标物,复杂背景,且目标物在不同通道中变化较大的情况,算法原理简单,实现容易。

基于农田空间管理系统的棉花产量图生成技术

棉花产量图是分析棉田产量差异性的根据,也是实施棉田精细管理和变量作业的依据.文中介绍了AgLeader公司PF3000采棉机测产系统的基本组成及工作原理,对农田空间管理系统中的数据处理,文件输入、输出,产量图绘制,文档图表显示等主要功能进行了分析.对PF3000系统使用过程中的设置与标定作了简要描述.利用农田空间管理系统生成了一幅具有空间分布棉花产量图,并对其产量差异性进行了分析,可用于指导棉田的精细管理.

温室黄瓜叶片图像的白平衡处理

为了消除光源对颜色的影响,减少颜色差异,提高数据精度,提出一种利用空间域增强对原始图像进行白平衡处理的方法。数据分析表明:采用此种方法对黄瓜叶片缺陷图像进行白平衡处理,可有效提高待处理图像的灰度级别,改善图像的视觉效果,提高后期图像处理数据的精度。

采棉机产量监测系统采集数据的误差分析

为了获取农田作物产量信息 ,建立产量分布图 ,在消化、吸收美国AgLeader公司棉花产量监测系统PF30 0 0的基础上 ,进行了棉花测产收获试验。在收获过程中 ,对流量传感器、速度传感器等进行了标定 ,并对产量数据进行了处理。试验结果表明 ,现场标定可有效提高测产系统流量传感器和速度传感器的测量精度 ,但田间环境比较复杂 ,产量数据采集过程中仍会引入一些误差 ,需对产量数据进行误差处理。误差处理后得到的棉花产量分布图聚类性增强 ,较为符合实际情况。