基于計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的溫室網(wǎng)紋甜瓜果實(shí)形態(tài)模擬研究.pdf

1、作物生長模擬模型是作物科學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)交叉而產(chǎn)生的新興研究領(lǐng)域。建立作物模型需要大量的第一手的作物生長變化的觀測(cè)資料，這些資料直接影響著所建模型的精確性和可用性。針對(duì)當(dāng)前溫室網(wǎng)紋甜瓜模擬模型研究中存在的數(shù)據(jù)獲取周期長，工作量大，誤差大的缺點(diǎn)，結(jié)合當(dāng)前基于計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的作物信息提取技術(shù)的廣泛應(yīng)用和其提取精度高，人力資源消耗少，受天氣等氣候因素影響較小的優(yōu)點(diǎn)，本研究利用自主研制的圖像獲取裝置，對(duì)在溫室栽培的網(wǎng)紋甜瓜果實(shí)進(jìn)行全天候、高精度的

2、連續(xù)圖像拍攝，然后通過圖像處理技術(shù)從所得的果實(shí)圖像中提取果實(shí)的外觀形態(tài)特征信息；同時(shí)結(jié)合果實(shí)生長過程中的溫度、光照等環(huán)境因子的積累和變化，在定量分析果實(shí)形態(tài)特征變化基礎(chǔ)上，利用系統(tǒng)分析原理和數(shù)學(xué)建模技術(shù)，研究描述溫室網(wǎng)紋甜瓜果實(shí)形態(tài)特征的變化的定量化算法，建立基于溫度、光照驅(qū)動(dòng)的溫室網(wǎng)紋甜瓜果實(shí)的外觀形態(tài)變化動(dòng)態(tài)模擬模型。本文的主要研究結(jié)果如下：
　　1.以溫室網(wǎng)紋甜瓜為研究材料，通過采用自主研發(fā)的圖像采集裝置連續(xù)拍攝來獲取溫室網(wǎng)

3、紋甜瓜果實(shí)整個(gè)生長周期的數(shù)字圖像，用MATLAB軟件和Microsoft EXCEL等數(shù)據(jù)處理軟件得到溫室網(wǎng)紋甜瓜果實(shí)的縱徑、橫徑和果實(shí)單果重在整個(gè)生長發(fā)育過程中的動(dòng)態(tài)變化，最后以累積輻熱積為驅(qū)動(dòng)，建立了溫室網(wǎng)紋甜瓜縱徑、橫徑和果實(shí)單果重的動(dòng)態(tài)生長數(shù)學(xué)模型，同時(shí)還通過獨(dú)立的甜瓜生產(chǎn)試驗(yàn)資料比較和檢驗(yàn)了累積輻熱積法和生長度日法對(duì)果實(shí)大小模擬的效果。結(jié)果表明，所建模型對(duì)果實(shí)縱徑、橫徑以及果實(shí)單果重的模擬值與實(shí)測(cè)值之間的RMSE分別為3.52

4、73mm、4.6959mm和35.5242g。相較于基于生長度日的模擬，本模型對(duì)果實(shí)縱徑、橫徑和果實(shí)單重的預(yù)測(cè)精度分別提高了34.98％、21.25%和28.34%。表明本模型具有較強(qiáng)的動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)性和解釋性，能可靠、定量地描述果實(shí)形態(tài)大小的動(dòng)態(tài)生長過程。
　　2.以溫室網(wǎng)紋甜瓜為研究材料，通過采用自主研制的圖像采集裝置連續(xù)拍攝來獲取溫室網(wǎng)紋甜瓜果實(shí)整個(gè)生長周期的數(shù)字圖像，用MatLab軟件提取不同生長時(shí)期果實(shí)表面的顏色值，采用RGB

5、和HSI兩種顏色空間來表述其顏色值，最后以累積輻熱積為驅(qū)動(dòng)，分別針對(duì)各項(xiàng)顏色分量建立了溫室網(wǎng)紋甜瓜顏色的動(dòng)態(tài)變化數(shù)學(xué)模型，然后用獨(dú)立的甜瓜生產(chǎn)試驗(yàn)資料比較和檢驗(yàn)了模擬的效果。結(jié)果表明，基于輻熱積的顏色變化模型對(duì)果實(shí)表面顏色R值、G值和B值的模擬值與實(shí)測(cè)值之間的RMSE分別為0.9990、2.6899和2.9924，而對(duì)果實(shí)表面飽和度和亮度的模擬值與實(shí)測(cè)值之間的RMSE分別為0.033，5.51。與基于生長度日的模擬模型相比，本模型在顏色

6、值各特征值上的模擬精度都大幅度提高。
　　3.以溫室網(wǎng)紋甜瓜為研究材料，通過采用自主研制的圖像采集裝置連續(xù)拍攝來獲取溫室網(wǎng)紋甜瓜果實(shí)整個(gè)生長周期的數(shù)字圖像，用MatLab軟件處理得到的圖像，采用灰度共生矩陣來分析果實(shí)表面網(wǎng)紋的特征，最后以累積輻熱積為驅(qū)動(dòng)，建立了溫室網(wǎng)紋甜瓜網(wǎng)紋的能量、熵和對(duì)比度以及網(wǎng)紋的覆蓋率四個(gè)特征的動(dòng)態(tài)變化數(shù)學(xué)模型，同時(shí)還比較了累積輻熱積法和生長度日法模擬的效果。然后通過獨(dú)立的甜瓜生產(chǎn)試驗(yàn)資料比較和檢驗(yàn)?zāi)Ｐ湍?/p>