[发明专利]一种基于图像处理的小麦根系测量方法

说明书

本发明公开了一种基于图像处理的小麦根系测量方法，其特征是，在试验台使用相机拍摄小麦根系图像，进行预处理后，通过公式计算得到小麦根系的长度、表面积、平均直径、体积实际数据，大大降低了实际测量的难度。本发明所达到的有益效果：通过固定相机对小麦根系图像进行拍摄，并采用图像处理的相关技术，完成对小麦根系长度、表面积、平均直径、体积数据的快速无损测量，克服了人工测量费时费力、效率低和误差大等缺点，大大提高了获取小麦根系的生长状态信息的效率。

技术领域

本发明涉及一种基于图像处理的小麦根系测量方法，属于图像技术领域。

技术背景

根系是植物的主要吸收器官，小麦依靠根系从土壤里吸收水分和无机盐，根系的状态对植物的生长有重要的影响。及时掌握根系的生长状态，获取根系的长度、表面积、平均直径、体积等数据对制定出更符合小麦生长现状的施肥管理方案有重要的意义。传统的手工技术测量小麦根系数据费工费时，效率很低，与信息农业要求的在线检测、实时控制不符。随着数字图像处理技术的飞速发展，已经出现了一种新的检测技术——基于计算机视觉的图像检测技术。与传统的检测技术相比，其具有非接触、在线检测和精度合适等优点。采用数码相机拍摄小麦根部图像，利用计算机视觉图像处理技术，测量小麦根部各种信息。不仅克服了手工测量费时费力、效率低和误差大等缺点，并且实现了小麦根系分析的无损测量。

发明内容

为了解决现阶段手工测量小麦根系费时费力的缺点，本发明提出一种应用计算机视觉测量小麦根系的方法，能够有效的测量小麦根系长度、表面积、平均直径、体积数据，方便相关人员及时掌握根系生长信息。

为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：

根系总长度是指根系中所有根的长度总和，本发明测量小麦根系长度包括如下步骤：

步骤1，使用相机固定支架在试验台固定相机位置，使相机与试验台保持水平，使用led环形无影光源作为辅助光源，在黑色背景下拍摄小麦根部图像；

步骤2，在根系旁侧放置一个已知标准长度l₂的标尺，拍摄测量标准长度在相片中的长度l₁，计算出图像长度与实际长度的转换系数

步骤3，进行图像灰度化，选择适当的阈值进行二值化，然后进行形态学开运算，消除图像中细小孤立的区域，减少噪声的干扰，得到二值化后的小麦根系图像；

步骤4，对二值化后的根部图像进行细化，提取根系骨架，使处理后的根系宽度保持在一个像素点大小；

步骤5，对细化后的图像进行扫描，统计目标图像像素点个数num，num即为根系总长度L₁；

步骤6，根据前述转换系数N将L₁转换为根系实际长度L₂，即

根系表面积S是指根系的所有根的外侧表面积，本发明测量小麦根系表面积在前述步骤基础上包括以下新增步骤：

步骤7，计算根系表面积S，公式：S_{根系表面积}＝π×S_{根竖截面积}。推导过程如下：

将根系作为标准圆台进行建模，如图1所示，r₁是圆台上表面半径，r₂是圆台下表面半径，L是圆台高度，即根系总长度。由于根系顶部角度很小，计算时可以将圆台高度L值作为圆台母线值。

步骤8，统计经过二值化处理、未经过细化处理的根系图像像素点的数量num2，num2即为根系竖截面面积，使用前述公式求得根系在图像中的表面积S₁。

步骤9，根据前述转换系数N将S₁转换为根系实际表面积 S₂，即