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左手材料对介质谐振腔谐振参数的影响

功能材料 2015年第14期46卷 14052-14056页

作者：李培王辅忠张丽珠张光璐张惠春天津工业大学理学院天津300387 天津职业技术师范大学理学院天津300222

"左手材料"是与传统材料性质相悖的另外一种材料。根据"左手材料"的特殊性质,采用理论计算与模拟仿真相结合的方法,对影响谐振腔谐振参数的因素进行分析,得出了填充介质的材料属性与谐振腔品质因数、谐振频率的关系。结果显示,"左手材料... 详细信息

"左手材料"是与传统材料性质相悖的另外一种材料。根据"左手材料"的特殊性质,采用理论计算与模拟仿真相结合的方法,对影响谐振腔谐振参数的因素进行分析,得出了填充介质的材料属性与谐振腔品质因数、谐振频率的关系。结果显示,"左手材料"的填充,会影响谐振腔的品质因数,相较于介电常数,材料磁导率的作用效果更明显;"左手材料"可以在不改变谐振腔尺寸的基础上提高谐振频率。这相较于传统理论而言有了进一步的进展,为探索和设计新颖的谐振腔提供了理论依据。

关键词：谐振腔谐振频率品质因数右手介质左手材料

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紧致流形的第一特征值下界

数学年刊（A辑） 2007年第6期28卷 863-866页

作者：时玉敏张会春山东财政学院数理统计学院济南250014

对紧致Riemannian流形(无边或带有凸边界)的第一(Neumann)特征值,用流形的直径和Ricci曲率的下界,给出一些新的下界估计.

关键词： Ricci曲率直径第一特征值

一种基于图像处理技术的植物形态表型参数获取方法

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林业工程学报 2020年第6期5卷 128-136页

作者：李杨先张慧春杨旸南京林业大学机械电子工程学院南京210037

传统人工测量仪器提取植物形态表型参数的方式存在效率低、误差大、适用性弱、破坏性强等缺陷,成为制约植物表型研究发展的瓶颈。将模式树种杨树的姊妹种簸箕柳(Salix suchowensis Cheng)作为研究对象,设计了一套基于图像处理技术的植... 详细信息

传统人工测量仪器提取植物形态表型参数的方式存在效率低、误差大、适用性弱、破坏性强等缺陷,成为制约植物表型研究发展的瓶颈。将模式树种杨树的姊妹种簸箕柳(Salix suchowensis Cheng)作为研究对象,设计了一套基于图像处理技术的植物形态表型参数获取系统,通过高分辨率RGB相机获取植株的二维图像序列,基于HSV模型阈值分割方法实现簸箕柳与背景环境的分割,结合运动中恢复结构算法生成三维点云,并利用棋盘格进行坐标系间的距离转换。使用本系统提取簸箕柳的株高、基径、叶片面积、分枝数和分枝角等表型参数并与传统人工接触式测量值相比较,平均绝对百分比误差分别为7.69%,13.94%,9.99%,5.32%,9.30%。结果表明,本研究设计的植物形态表型参数获取系统能够较好地重建植物三维点云,并可快速、准确提取植物的形态表型参数,能够实现无损测量,满足研究对象簸箕柳三维形态表型参数的测量和生长观测的需求,可为植物尤其是林木表型研究提供数据参考。

关键词：簸箕柳形态表型参数图像处理三维点云无损测量

零样本深度学习驱动的杨树叶片表型检测方法研究

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林业工程学报 2024年第6期9卷 152-160页

作者：周磊张慧春边黎明南京林业大学机械电子工程学院林业资源高效加工利用协同创新中心南京210037 南京林业大学林木遗传育种全国重点实验室南方现代林业协同创新中心林木遗传与生物技术教育部重点实验室南京210037

叶片表型检测是感知杨树生长状态的重要手段之一,叶片颜色、姿态、纹理等形态结构表型信息可揭示植株所受胁迫的程度。其中,单个叶片分割是计算、统计其表型参数的基础。当前流行的AI算法已可满足叶片分割任务的性能需求,然而常规深度... 详细信息

叶片表型检测是感知杨树生长状态的重要手段之一,叶片颜色、姿态、纹理等形态结构表型信息可揭示植株所受胁迫的程度。其中,单个叶片分割是计算、统计其表型参数的基础。当前流行的AI算法已可满足叶片分割任务的性能需求,然而常规深度学习模型训练需要大量人工标签,制约了其发展和应用。本研究提出一种融合零样本学习和迁移学习的杨树叶片实例分割方法:运用视觉大模型GroundingDINO检索杨树苗图像中的叶片,获取对应的边界框;使用Segment Anything 2模型(segment anything model v2,SAM2)分割图像中全部对象,得到对应的掩膜(mask);将GroundingDINO模型生成的边界框作为提示,辅助SAM2过滤出叶片类别的掩膜;利用迁移学习策略,将AI生成的叶片掩膜作为标签信息,训练轻量化的YOLOv8-Segment模型。此外,构建独立测试集用于评估模型分割精度,选择交并比阈值为50%的平均精度(average precision using 50%intersection over union threshold,AP_(50))和平均交并比(mean intersection over union,mIoU)作为性能指标。结果表明,基于“Leaf”这一检索词,GroundingDINO与SAM2的组合(权重约810 MB)可实现高性能的杨树叶片分割,AP_(50)为0.936,mIoU为0.778。通过过滤异常尺寸的提示边界框,AP_(50)提升至0.942。迁移学习得到的YOLOv8-Segment模型权重仅6.5 MB,AP_(50)为0.888,大幅精简模型的同时保障了精度。本研究涉及的叶片分割模型构建过程均无须人工标注,实现了高效率、低成本的杨树叶片实例分割,可为杨树叶片计数和叶面积计算等后续表型分析应用提供技术支持。

关键词：杨树叶片表型深度学习零样本学习迁移学习

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基于双目立体视觉的植物三维重建系统

中国农机化学报 2021年第3期42卷 129-135页

作者：殷悦张慧春郑加强南京林业大学机械电子工程学院南京市210037 泰州学院船舶与机电工程学院江苏泰州225300

为推进农林业科技发展,将虚拟现实的三维重建技术进一步应用于农林业领域将受到更加广泛的关注。本文通过拍摄两幅不同视角的拟南芥图片来获得二维图像信息转换为三维信息,重建出三维模型,并建立人机交互系统。选择双目立体视觉系统来... 详细信息

为推进农林业科技发展,将虚拟现实的三维重建技术进一步应用于农林业领域将受到更加广泛的关注。本文通过拍摄两幅不同视角的拟南芥图片来获得二维图像信息转换为三维信息,重建出三维模型,并建立人机交互系统。选择双目立体视觉系统来进行拍摄不同视角的拟南芥图片,采用相机标定参数对获取的图像进行畸变校正和极线校正,同时对图像进行图像分割。然后选择SURF特征检测算法和SIFT特征匹配算法进行特征检测匹配,将匹配后得到的拟南芥的二维数据转换为空间三维坐标,使用三角剖分算法和纹理映射方法得到了拟南芥三维逼真模型。最终得到了具有592个空间点的拟南芥的三维模型,并建立了基于机器视觉技术的模式植物虚拟生长模型的人机交互系统。通过对多盆拟南芥进行建模和参数验证,拟南芥叶片长度、宽度和茎秆长度的软件测量值与真实值之间的相关系数R 2分别为0.9404,0.974,0.9862,且软件测量值都在真实值的5%误差线范围以内。表明本文重建的拟南芥模型稳定性和可靠度都较高。

关键词：三维重建双目立体视觉表型拟南芥

基于多视角图像形态颜色纹理特征融合的生物量获取

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农业机械学报 2024年第10期55卷 295-305页

作者：张慧春田啟飞边黎明 GE Yufeng 南京林业大学机械电子工程学院南京210037 南京林业大学林业资源高效加工利用协同创新中心南京210037 南方现代林业协同创新中心南京210037 南京林业大学林草学院南京210037 美国内布拉斯加大学林肯分校生物系统工程学院林肯NE 65803

可见光成像以其快速、经济和非破坏性等优势,正成为高通量植物表型和遗传研究的有效工具,但仍有待解决基于可见光图像评估肉眼不可见的产量表型特性。本文针对植物叶片遮挡重叠及变量尺度单一导致图像数据精度受限的问题,提出了一种利... 详细信息

可见光成像以其快速、经济和非破坏性等优势,正成为高通量植物表型和遗传研究的有效工具,但仍有待解决基于可见光图像评估肉眼不可见的产量表型特性。本文针对植物叶片遮挡重叠及变量尺度单一导致图像数据精度受限的问题,提出了一种利用多视角图像融合多类别特征评估高粱地上生物量的技术方法。对15个种质基因的300株高粱进行了双因素(水分和养分)双水平(高和低)试验。基于旋转平台,利用可见光相机对每株高粱等角度间隔自动采集10幅侧视图像和1幅俯视图像,通过植物掩膜图像提取每株高粱形态特征(俯视、侧视投影面积)、颜色特征(RGB像素值)与纹理特征(均值、协方差、同质性等),将多个视角下的信息平均化处理,并基于图像R、G、B像素值构建16个颜色植被指数。结果表明,相对于考虑单一类型变量和单视角下的图像信息,基于多视角平均化图像信息融合形态、纹理、颜色特征能显著增加对高粱地上生物量表型的获取能力。利用SVR、RF、BPNN算法融合21组优化图像数据变量构建高粱地上生物量回归模型,精度最高的RF算法模型测试集决定系数R2为0.881,均方根误差(RMSE)为60.714 g/m^(2),平均绝对误差(MAE)为42.364 g/m^(2)。为进一步优化RF算法模型的参数,选取GA、GS、SSA对RF算法模型进行超参数寻优。结果表明,SSA-RF优化模型测试集R2提升至0.902,RMSE为48.706 g/m^(2),MAE为39.877 g/m^(2)。基于多视角图像形态-颜色-纹理特征融合能从有限的信息中衍生得到更多有效信息用于估测高粱地上生物量,从而为高粱生长监控、胁迫检测、水肥精确施用和良种快速筛选提供理论依据和技术支持。

关键词：多视角图像地上生物量形态特征颜色特征纹理特征表型

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扇形喷头雾滴粒径分布风洞试验

农业机械学报 2012年第6期43卷 53-57,52页

作者：张慧春 Dorr Gary 郑加强周宏平南京林业大学机械电子工程学院南京210037 澳大利亚昆士兰大学理学院

利用开路式风洞系统和Sympatec激光粒度仪测试了参考喷头的雾谱尺寸以此作为喷头雾谱等级的依据。对扇形雾喷头在不同压力、风速、喷头与激光粒度仪距离情况下的雾滴粒径、数量和范围进行了试验。试验结果表明,压力、风速、喷头与激光... 详细信息

利用开路式风洞系统和Sympatec激光粒度仪测试了参考喷头的雾谱尺寸以此作为喷头雾谱等级的依据。对扇形雾喷头在不同压力、风速、喷头与激光粒度仪距离情况下的雾滴粒径、数量和范围进行了试验。试验结果表明,压力、风速、喷头与激光粒度仪之间距离的增大,都导致扇形雾喷头的雾滴体积中径变小,尺寸小于150μm的雾滴占全部雾滴体积的百分比变大,增加了农药脱靶飘移的可能性,同时压力和风速的增大都导致部分喷头的雾谱等级降低。为了保证激光粒度仪对雾滴粒径测试结果的可靠性,可以使用风洞试验和调整喷头与激光粒度仪的距离,来减小因细小雾滴通过激光束过程中速度迅速衰减而对测量结果带来的影响。

关键词：扇形喷头参考喷头风洞试验雾滴粒径分布

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农药精确施用系统信息流集成关键技术研究

农业工程学报 2007年第5期23卷 130-136页

作者：张慧春郑加强周宏平葛玉峰南京林业大学机电学院南京210037

探讨了智能植保机械农药精确施用系统的信息流集成及其信息特征,分析了数据转换以及空间数据与属性数据的集成,编写了GPS数据采集程序,通过ODBC接口把GPS定位信息保存到数据库中,利用设计的GPS试验装置对GPS卫星进行可见性观测记录分析... 详细信息

探讨了智能植保机械农药精确施用系统的信息流集成及其信息特征,分析了数据转换以及空间数据与属性数据的集成,编写了GPS数据采集程序,通过ODBC接口把GPS定位信息保存到数据库中,利用设计的GPS试验装置对GPS卫星进行可见性观测记录分析,运用不同平台进行GPS定位试验以及对比分析,研究了气象数据库在农药精确施用系统信息流集成中的应用,分析了气象温湿系数与林木病虫害之间的相关关系。

关键词：农药精确施用信息流集成气象数据库智能植保机械

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农药喷施过程中雾滴沉积分布与脱靶飘移研究

农业机械学报 2017年第8期48卷 114-122页

作者：张慧春郑加强周宏平 DORR G J 南京林业大学机械电子工程学院南京210037 昆士兰大学理学院

对农药通过空气运输并沉积到靶标植物表面(叶片或其它部位)、地面(土壤表层)以及大气(随风飘移)等不同部分的沉积进行研究。以苦苣菜、棉花和稗草作为靶标植物,取其不同生长阶段(总叶面积分别为15、135、300 cm^2)作为研究对象。在开路... 详细信息

对农药通过空气运输并沉积到靶标植物表面(叶片或其它部位)、地面(土壤表层)以及大气(随风飘移)等不同部分的沉积进行研究。以苦苣菜、棉花和稗草作为靶标植物,取其不同生长阶段(总叶面积分别为15、135、300 cm^2)作为研究对象。在开路式风洞喷施加有荧光示踪剂喷雾介质,通过清洗并分析植物叶片、地面上放置的聚酯薄膜卡和风洞中悬挂的聚乙烯线测定荧光剂含量,分析不同体积中径、喷雾角、雾滴速度、流量、喷头高度、风速、植物类型、生长阶段等因素时的农药雾化后的分配过程,定量测试不同参数对农药在植物、地面和大气中的沉积比例分配的影响。建立了基于跨帧技术的粒子图像测速系统来增加测速范围,包括激光成像系统、脉冲发生器和分析软件。结果表明,喷雾角、雾滴速度、流量、植物类型等参数对植物、地面和大气等不同部分农药分配比例的影响不大,而雾滴粒径、喷头高度、风速、植物生长阶段对植物、地面和大气等不同部分农药分配比例的影响显著。当雾滴粒径由445μm减小到181μm时,地面上的沉积比例由82.7%减少到57.7%,空气中飘移部分的比例由30%减少到0.8%。当喷雾高度为40~60 cm、风速2~4 m/s时,农药在植物上的沉积比例都达到13.4%以上。因此,喷施农药时,应尽量使喷雾高度为40~60 cm,风速小于4 m/s,并根据防治目标、附近环境确定雾滴粒径。当喷施土壤活性除草剂等农药时,应选择产生较大的雾滴粒径,以增加在地面(土壤)上的沉积比例;而对于防治飞行类害虫,农药在空气中飘移部分的比例可以提高防治效果,所以较小的雾滴更加有效。靶标植物本身的特性也会影响农药的有效沉积效率,植物的生长阶段越靠后,叶面积越大,农药在植物上的沉积比例越高,在地面上沉积部分的比例越低,喷施除草剂时,尽量减少药剂在单子叶作物叶片上的沉积,增加在双子叶靶标杂草上的沉积量。选择不同的参数,将导致植物上的药剂有效沉积明显不同,也会引起农药流失部分的明显不同。

关键词：农药沉积跨帧技术靶标植物生长阶段随风飘移