土壤顯微圖像分析及三維可視化.pdf

1、利用數(shù)字圖像處理技術(shù)進(jìn)行土壤物理屬性及形態(tài)結(jié)構(gòu)特征的研究是當(dāng)前農(nóng)業(yè)科學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。研究土壤物理屬性在土質(zhì)研究與改良、土工力學(xué)等方面具有重要的意義，另一方面，作為植物的生長(zhǎng)環(huán)境，土壤的三維可視化研究也是數(shù)字農(nóng)業(yè)的重要組成部分。
　　土壤結(jié)構(gòu)分析與可視化研究目前存在著土壤實(shí)驗(yàn)操作復(fù)雜，耗時(shí)較長(zhǎng)、現(xiàn)有圖像分析方法結(jié)果不準(zhǔn)確、圖像三維信息丟失等問(wèn)題。針對(duì)上述問(wèn)題，本文從計(jì)算機(jī)圖形圖像處理角度出發(fā)，提出了通過(guò)分析土壤圖像紋理

2、統(tǒng)計(jì)特征計(jì)算土壤物理屬性和通過(guò)重建土壤三維模型并計(jì)算土壤孔隙度的方法，將傳統(tǒng)土壤研究問(wèn)題與現(xiàn)代計(jì)算機(jī)方法相結(jié)合，為土壤物理屬性研究提供新的途徑與方法。
　　本文主要內(nèi)容具體為如下三方面：
　　1、土壤顯微圖像獲取方法研究。對(duì)比常見(jiàn)土壤樣本采集和圖像獲取方法，制定了風(fēng)干切斷和包埋切片兩種土樣制備方案，并對(duì)兩種方法獲取的圖像進(jìn)行對(duì)比，最終確定采用風(fēng)干切斷的土壤處理，并在此基礎(chǔ)上獲取土壤顯微圖像。
　　2、提出一種基于光學(xué)顯

3、微圖像的土壤孔隙度與顆粒分布計(jì)算方法。根據(jù)土壤顯微圖像建立灰度共生矩陣；計(jì)算對(duì)比度、相關(guān)性、熵、逆差矩四種紋理特征參數(shù)；將四種參數(shù)與土壤的顆粒分布、孔隙度進(jìn)行多元線性回歸分析，建立對(duì)應(yīng)的回歸方程。實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)驗(yàn)證最大誤差在5%以內(nèi)，表明土壤的紋理特征參數(shù)與物理性質(zhì)之間有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系,利用回歸方程可簡(jiǎn)潔快速地確定顆粒分布和孔隙度。
　　3、提出一種基于明暗恢復(fù)形狀算法的土壤三維結(jié)構(gòu)重構(gòu)方法。首先獲取土壤的灰度顯微圖像，根據(jù)朗伯表面漫