机器视觉判别瓜类嫁接苗愈合状态的试验研究

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嫁接育苗是解决蔬菜生产土传病害的重要手段,嫁接苗愈合是嫁接育苗生产的重要环节,目前嫁接苗愈合成活状态的判断,主要依靠人工观察接穗真叶是否出现,愈合状态判断迟滞,降低了嫁接苗规模化生产时愈合装置的利用效率。对于嫁接苗的规模化生产,提前判断嫁接苗的愈合成活状态,能够提高愈合装置的运转效率,这对嫁接苗高效生产具有重要意义。本文以黄瓜嫁接苗为研究对象,提出利用机器视觉技术对愈合期间的嫁接苗进行连续性的无损监测,并提取出嫁接苗的特征参数,分析嫁接苗在愈合期间的形态变化特点,利用机器视觉技术找出嫁接苗在愈合成活点形态突变的判别方法,确定判别嫁接苗成活状态的适宜方法,主要研究内容和结论如下:(1)分析嫁接苗图像采集系统的工作环境和采集需求,构建了一套可实现同时对多株嫁接苗进行长时间无损监测的图像采集系统,通过PLC控制伺服电机驱动嫁接苗载物旋转台每隔一定时间间隔定角度旋转,同时触发相机及条形光源,并将采集到的嫁接苗图像存储到计算机的硬盘中,试验对多株嫁接苗进行连续7天的图像采集,系统运行稳定。(2)研究了基于机器视觉算法的组合提取嫁接苗特征信息的方法。分析在愈合环境下嫁接苗的图像特征及图像中影响嫁接苗特征信息提取的干扰信息,对图像进行预处理:利用中值滤波对图像进行降噪,接着采用Ostu自适应阈值的二值化方法对图像进行处理,再利用开运算的形态学处理方法填充二值化的图像,得到分割完整的嫁接苗图像。然后利用Cognex公司In-Sight Explorer图像处理软件中的算法组合提取嫁接苗接穗的茎直径、子叶侧面投影面积、株高及接穗形态相似度。经验证分析,接穗茎直径测量精度为97.17%;接穗子叶侧面投影面积在500mm2~1100mm2范围内,面积测量精度为98%,接穗子叶面积在1100mm2~1300mm2范围内,面积测量精度为97%;接穗株高测量精度为97.96%。(3)研究分析了嫁接苗在愈合期间嫁接苗形态变化的一般规律。进行了嫁接苗连续监测试验,对比分析成活嫁接苗与未成活嫁接苗在愈合期间的形态变化差异。试验结果显示:第一天,整体嫁接苗由于刚进入高湿的环境,嫁接苗的形态会发生较大的变化,接穗的茎直径、子叶侧面投影面积、株高有明显的跳动,接穗形态相似度急剧下降至80%以下;第二天至第四天,该时期砧木和接穗之间在伤口处逐渐形成愈伤组织,砧木和接穗需要相互之间渗透水分和养分,嫁接苗的茎直径、子叶侧面投影面积及株高变化平缓,成活嫁接苗的接穗形态相似度维持在50%之间,而未成活嫁接苗在第二天至第三天之间,接穗出现萎蔫导致接穗形态形似度下降至0%;第四天至第七天,成活嫁接苗的接穗茎直径、侧面投影面积及株高出现明显的跳动,接穗形态发生明显的变化,而未成活嫁接苗的接穗形态基本保持不变。(4)确定了适宜判别嫁接苗成活的方法。根据嫁接苗监测试验的测试结果,绘制出各特征参数与时间的关系曲线图,分析结果表明,利用嫁接苗接穗茎直径和株高的判别方法对判别嫁接苗成活未见有明显的响应性。对嫁接苗接穗的形态相似度进行原始相似度比对的判别方法,在嫁接苗愈合未成活点处有明显的突变,但在成活点处无明显突变。利用嫁接苗接穗子叶侧面投影面积和接穗形态实时相似度比对的判别方法,在嫁接苗愈合成活点处有明显的突变。因此,确定嫁接苗接穗侧面投影面积及接穗实时相似度比对的判别方法是判别嫁接苗成活状态的适宜方法。
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