速生闊葉樹苗的缺水識別與三維可視化

《速生闊葉樹苗的缺水識別與三維可視化》是依託南京林業大學，由胡春華擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：速生闊葉樹苗的缺水識別與三維可視化
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：胡春華
• 依託單位：南京林業大學

中文摘要

本課題主要採用計算機視覺技術對育苗期的多種速生闊葉樹缺水進行識別研究。人工培育多種速生闊葉樹苗，人為控制供水量。採用CCD攝像機對培育期的正常與缺水速生闊葉樹葉進行樣本採集，並採用深度攝像機對相應葉片的空間尺寸進行測量，建立樣本庫；對採集的樣本圖片首先採用基於直覺模糊集葉圖像分割法分割出葉片樣本，然後採用各向異性核擴散流形學習降維方法進行特徵提取，最後套用SVM（Support Vector Machine）算法建立多種速生闊葉樹苗缺水識別分類器；根據葉片空間位置信息、紋理特徵、顏色特徵以及形態特徵對相應的葉片進行三維可視化重構，構建多類闊葉樹苗缺水判別可視化界面。

結題摘要

為了更直觀地觀察到速生闊葉樹生長狀態，對相應的速生闊葉苗進行三維可視化，構建多種速生闊葉樹苗培育期缺水識別三維可視化的顯示界面。該識別系統界面可套用於分時線上識別闊葉樹苗缺水判別，也可以通過接口程式與自動灌水系統連線，構建實時監控自動灌水系統。本研究為科學管理、提高苗木質量提供科學指導。該課題主要研究內容有樣本培育、葉片分割，特徵提取，缺水識別，三維可視化界面開發以及自動灌溉模擬系統。2014年、2015年與2016年3月到6月培育多種闊葉苗。採用盆栽培育方式，培育苗在自然環境中生長。為了進行對比實驗，除了培育速生闊葉苗，同時培育生長較慢的闊葉苗。主要培育了銀杏苗、速生柳樹苗、速生楊樹苗以及速生桉樹苗。當苗長到一定的時候，為了進行實驗觀察，將盆栽搬入具有光照且能遮擋雨水的溫室或者陽光房，分批次進行缺水實驗。在缺水三天開始每隔一天進行樣本採集，缺水與正常均採集樣本圖片並建立樣本庫，到缺水一周左右就每天採集圖片建立樣本庫。在人眼能觀察到明顯缺水時候，一部分苗開始灌水，一部分繼續缺水，直至枯萎。已建立三批相應的正常樣本庫，隨缺水時間的樣本庫。對樹苗提出了基於PSO算法的葉片分割算法，並提出採用NURBS算法對分割出的葉片進行三維可視化重構，並用VC++與OpenGL圖像庫實現了楊樹、白蠟樹以及桉樹等闊葉苗三維可視化正常與缺水可視化界面。已建立缺水識別分類器、闊葉苗缺水識別可視化界面以及闊葉苗缺水識別自動控制模擬系統，大量實驗結果表明，該系統能有效地實現闊葉苗缺水狀態判別與顯示，並同時能實現自動灌溉。