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基于高动态范围成像的温室番茄植株图像色彩矫正方法

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农业机械学报 2020年第11期51卷 235-242页

作者：冯青春王秀李军辉李小明成伟陈建中国农业大学工学院北京100083 北京农业智能装备技术研究中心北京100097 农业智能装备技术北京市重点实验室北京100097 北京农业职业学院北京102208

针对温室番茄智能化管理视觉信息稳定获取的需要,研究了基于高动态范围成像技术的番茄植株图像色彩矫正方法,以克服复杂自然光照条件对作业对象色彩稳定呈现的客观限制。鉴于温室内光照时空波动和复杂背景辐射强度突变导致图像色彩失真... 详细信息

针对温室番茄智能化管理视觉信息稳定获取的需要,研究了基于高动态范围成像技术的番茄植株图像色彩矫正方法,以克服复杂自然光照条件对作业对象色彩稳定呈现的客观限制。鉴于温室内光照时空波动和复杂背景辐射强度突变导致图像色彩失真,提出了融合多曝光强度图像的摄像机辐射响应模型标定方法;分别提取曝光时间为0.01、0.05、0.08、0.10 ms的4幅图像离散像素点的Y通道亮度信息,求解特定视场下像素点亮度与曝光度的函数关系,在此基础上以低曝光度图像亮度为参考,估计摄像机全局视场的辐射强度;采用S曲线函数压缩高动态范围图像数据,将视场辐射强度映射为图像亮度,实现对低曝光图像的色彩矫正重构;最后,通过现场试验对色彩矫正方法进行验证,试验结果表明,不同场景和时段的番茄植株图像的灰度信息量、离散程度和清晰度均得到改善,图像灰度信息熵、标准方差和平均梯度平均提高16.87%、9.81%和19.49%。本研究可为农业复杂光照条件下作业对象图像色彩信息的获取研究提供参考。

关键词：番茄植株光照波动色彩矫正高动态范围图像

基于改进PCNN的番茄植株夜间图像分割算法

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农业机械学报 2020年第3期51卷 130-137页

作者：项荣张杰兰中国计量大学质量与安全工程学院杭州310018

为实现番茄植株夜间图像分割,设计了一种基于最大类间方差法的改进脉冲耦合神经网络(PCNN)图像分割算法。该算法对传统PCNN模型中的链接输入项进行加权处理,在进行图像分割前,先基于最大类间方差(Otsu)算法获得阈值,再将该阈值赋值给改... 详细信息

为实现番茄植株夜间图像分割,设计了一种基于最大类间方差法的改进脉冲耦合神经网络(PCNN)图像分割算法。该算法对传统PCNN模型中的链接输入项进行加权处理,在进行图像分割前,先基于最大类间方差(Otsu)算法获得阈值,再将该阈值赋值给改进PCNN模型中的链接输入项权值、突触链接系数β、链接权放大系数VE和阈值迭代衰减时间常数αE。对849幅番茄植株夜间图像进行试验,结果表明,图像分割正确率平均值为90.43%,平均每幅图像分割时间为0.9944 s;输入链接项的加权处理可减少PCNN的迭代次数,提高算法的实时性;基于Otsu算法可实现改进PCNN模型的网络参数自适应设置。基于视觉效果、最大熵及分割正确率这3项评价指标的对比分析显示,改进PCNN模型的分割效果优于Otsu算法和传统PCNN模型,实时性优于传统PCNN模型。

关键词：番茄植株夜间图像脉冲耦合神经网络图像分割

基于视觉伺服的温室番茄植株主茎跟踪与测量方法

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农业机械学报 2020年第11期51卷 221-228页

作者：冯青春王秀刘继展成伟陈建中国农业大学工学院北京100083 北京农业智能装备技术研究中心北京100097 农业智能装备技术北京市重点实验室北京100097 江苏大学农业装备工程学院镇江212013

根据温室番茄智能管理作业视觉信息获取需求,研究了番茄植株主茎动态跟踪与立体测量方法,以提高对叶、果和花等目标的搜索效率。结合工厂化番茄种植特征,采用二自由度双目云台摄像机采集植株主茎图像;在对摄像机与旋转云台之间坐标关系... 详细信息

根据温室番茄智能管理作业视觉信息获取需求,研究了番茄植株主茎动态跟踪与立体测量方法,以提高对叶、果和花等目标的搜索效率。结合工厂化番茄种植特征,采用二自由度双目云台摄像机采集植株主茎图像;在对摄像机与旋转云台之间坐标关系进行标定的基础上,提出针对番茄植株主茎图像跟踪采集的云台伺服控制方法,对作业区域内植株进行自下而上多视角图像动态采集;对相邻视场主茎重叠区域的图像匹配方法进行研究,实现了植株离散图像的拼接和形态恢复;基于主茎跟踪参考点的空间坐标信息,研究了作业区域主茎长度、高度和生长倾角等立体形态参数的测量方法;最后,通过现场试验对主茎拼接与测量方法进行验证。结果表明,在距地面高度600~1500 mm作业区域内,视觉系统跟踪采集的主茎3个区域图像的平均拼接偏差为3.77°;以人工测量结果为对照,采用视觉系统测量主茎长度、高度和生长倾角的决定系数分别为0.9933、0.8426、0.9793,平均测量偏差分别为46.20 mm、18.60 mm和4.33°。本研究可为番茄智能化整枝、采摘和授粉等作业视觉信息获取提供技术支撑。

关键词：番茄植株主茎形态农业机器人视觉伺服立体测量

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番茄植株总黄酮提取工艺优化

食品研究与开发 2015年第13期36卷 62-65页

作者：邸娜韩海军郑喜清王靖李亚珍张瑞萍河套学院农学系内蒙古巴彦淖尔015000 巴彦淖尔市农牧业技术推广中心内蒙古巴彦淖尔015000

以番茄植株为植物材料,研究乙醇浸提法提取其总黄酮的最佳工艺条件。以番茄植株总黄酮的提取量为考察指标,通过单因素试验和正交试验研究乙醇浓度、浸提时间、料液比和浸提温度对番茄植株总黄酮提取量的影响程度及最佳提取工艺条件。结... 详细信息

以番茄植株为植物材料,研究乙醇浸提法提取其总黄酮的最佳工艺条件。以番茄植株总黄酮的提取量为考察指标,通过单因素试验和正交试验研究乙醇浓度、浸提时间、料液比和浸提温度对番茄植株总黄酮提取量的影响程度及最佳提取工艺条件。结果表明,上述四因素对番茄植株总黄酮提取量影响的大小顺序依次为乙醇浓度>浸提温度>料液比>浸提时间;最佳提取工艺条件为:60%乙醇,料液比30 m L/g,70℃条件下,浸提1.5 h;最高提取量为0.408 mg/g。

关键词：番茄植株黄酮乙醇浸提

番茄植株体内内源物质对乙酰甲胺磷降解影响的研究

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番茄植株体内内源物质对乙酰甲胺磷降解影响的研究

作者：李煜安徽农业大学

学位级别：硕士

乙酰甲胺磷(Acephate)为低毒杀虫剂,具有内吸性,对害虫有胃毒、触杀和熏蒸作用,可用于防治蔬菜、茶树、果树、棉花、水稻、小麦、油菜等多种作物上的各种咀嚼式和刺吸式口器害虫害螨。众多研究表明,在植物体内乙酰甲胺磷的代谢产物之一... 详细信息

乙酰甲胺磷(Acephate)为低毒杀虫剂,具有内吸性,对害虫有胃毒、触杀和熏蒸作用,可用于防治蔬菜、茶树、果树、棉花、水稻、小麦、油菜等多种作物上的各种咀嚼式和刺吸式口器害虫害螨。众多研究表明,在植物体内乙酰甲胺磷的代谢产物之一为甲胺磷(Methamidophos),而甲胺磷属于高毒农药,对人体和环境有很大的危害。为了进一步了解乙酰甲胺磷在植物体内的代谢过程,本文以乙酰甲胺磷为研究对象,通过探索番茄植株体内不同物质对乙酰甲胺磷的影响,确定了植物体内葫芦巴碱对乙酰甲胺磷的降解有一定的促进作用,并研究了降解过程中的代谢产物。主要研究结果如下：(1)通过番茄植株体内微生物、常见酶和生物碱三类不同物质对乙酰甲胺磷在水中降解的影响结果测定,确定了番茄植株体内葫芦巴碱为促使乙酰甲胺磷在植株体内降解的物质之一。研究了番茄植株根部内生菌和茎部内生菌对乙酰甲胺磷在水中降解的影响,结果表明根部和茎部内生菌对乙酰甲胺磷在水中的降解基本没有影响;同时研究了植株体内过氧化氢酶(Catalase)、多酚氧化酶(Polyphenol oxidase)、过氧化物歧化酶(Superoxide dismutase)和过氧化物酶(Peroxidase)对乙酰甲胺磷降解的影响,结果表明这四种常见酶对乙酰甲胺磷的降解基本没有影响;最后探究了植物体内番茄碱(Tomatine)和葫芦巴碱(Trigonelline)对乙酰胺甲胺降解的影响,在添加葫芦巴碱的实验中,乙酰甲胺磷降解的速率明显大于其在水中降解的速率,而番茄碱对其降解基本没有影响。(2)通过不同提取方式的比较,确立了葫芦巴碱在番茄植株根、茎和叶片以及番茄果实中的残留分析方法：通过甲醇浸泡过夜提取,过0.22um滤膜净化,ZORBAX-NH2柱分离,高效液相色谱-岛津LC-20AT检测分析。用此方法分析检测,葫芦巴碱在上述样品中的最小检测浓度为0.1mg/kg;平均回收率都在74.1%-107.6%之间,相对标准偏差为0.3%～13.2%;从试验所得数据及添加回收率来看,该方法简单便捷,净化效果不错,平行性好,精确度和灵敏度也较高。(3)研究了葫芦巴碱在水溶液中的稳定性,结果表明浓度为1mg/kg的葫芦巴碱在0d、5d、10d和15d时的检测浓度分别为1.01mg/kg,1.02mg/kg、1.05mg/kg和1.04mg/kg,相对标准偏差为1.66%-3.33%之间,葫芦巴碱在水溶液中比较稳定。通过不同浓度的葫芦巴碱溶液对乙酰甲胺磷在纯水中和营养液中降解影响的比较,得知随着葫芦巴碱浓度的提高,其对乙酰甲胺磷降解的速率影响越大。在纯水试验中,240h乙酰甲胺磷在对照组中降解了25.66%,而在添加5mg/kg、 50mg/kg和500mg/kg三种浓度葫芦巴碱时分别降解了34.31%、35.59%和48.58%;在营养液试验中240h乙酰甲胺磷在对照组中降解了21.18%,而在添加六种浓度1mg/kg、5mg/kg、10mg/kg、50mg/kg、100mg/kg和500mg/kg葫芦巴碱的处理组240h时ACE分别降解了26.11%、28.30%、30.20%、31.16%、37.25%和47.74%。同时两组对照试验中甲胺磷检出的时间分别为72h和96h,240h纯水试验对照组中产生甲胺磷9.63ug/kg,而在添加三种不同浓度葫芦巴碱时分别产生了10.98ug/kg,13.83ug/kg和34.51 ug/kg;240h营养液试验对照组产生甲胺磷8.42ug/k,而在添加六种不同浓度葫芦巴碱时分别产生了8.76ug/kg、9.46ug/kg、 9.88ug/kg、11.76ug/kg、22.66ug/kg和30.31ug/kg。(4)以甲胺磷为研究对象,通过5mg/kg、50mg/kg和500mg/kg三个不同浓度葫芦巴碱溶液对其在纯水中降解的测定结果,确定了葫芦巴碱对甲胺磷的降解也会产生影响。在对照组试验中,240h甲胺磷在水中降解了10.64%,而在添加5mg/kg和50mg/kg葫芦巴碱的试验中甲胺磷分别降解了20.54%和25.01%,添加500mg/kg的试验中甲胺磷降解率达到了33.36%。

关键词：乙酰甲胺磷甲胺磷番茄植株葫芦巴碱降解速率

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番茄植株介电特性模型构建研究

番茄植株介电特性模型构建研究

作者：杨惠斐山西农业大学

学位级别：硕士

番茄是我国最重要的农产品之一,其生长发育直接影响番茄产量。目前,对番茄植株生长状况的研究主要围绕其环境因素进行监测,从生物学角度解释了植株的生长发育规律,但是在植株电物理特性方面的研究较少。介电特性是生物体内束缚电荷对外... 详细信息

番茄是我国最重要的农产品之一,其生长发育直接影响番茄产量。目前,对番茄植株生长状况的研究主要围绕其环境因素进行监测,从生物学角度解释了植株的生长发育规律,但是在植株电物理特性方面的研究较少。介电特性是生物体内束缚电荷对外电场的响应特性,其阻抗特性是影响植物介电特性最重要的因素,通过研究植株的阻抗特性可以更好的对植株的生长发育情况进行监控和控制。本文基于电阻抗成像以及生物组织介电常数分析的理论,对植株各组织介电特性进行研究,构建了植物阻抗特性模型,为进一步研究植物组织电生理机制并为植物电阻抗模型的重构提供了数据和研究方法,从而有利于更好地探索电场环境对植物生长发育的影响。本文将电化学阻抗技术（EIS）与植株模型构建相结合,利用控制电压模式对番茄植株各时期各部位进行阻抗谱测量分析,获得阻抗模型,所得到的阻抗模型对于建立番茄植株生长状况监测、诊断和成像的研究,有着重要的参考价值。主要工作内容如下:1.在0.1Hz-1MHz频率范围内,针对发芽期、幼苗期、开花坐果期、结果期四个周期分别选取生长状况良好的50株番茄植株,对植株不同部位的根、茎枝、叶进行阻抗谱测量。2.通过Zsimpwin软件进行阻抗谱拟合,得出符合番茄植株各组织的等效阻抗模型,得出番茄植株根部的等效电路模型为R（Q（R（QR）））,茎枝部位的等效电路模型为R（QR（QR））,叶片部位的等效电路模型为R（QR（QR）（CR））,利用参数反演方法得出等效电路模型中的各元件值。3.测量番茄叶片面积、厚度、体积,运用SPSS软件对叶片面积、厚度以及体积与阻抗进行了相关性分析。结果表明,番茄植株阻抗与面积之间的相关性最高,在不同频率下,相关系数均大于0.5。4.通过二端口网络理论分析各组织之间的连接方式,最终得出各时期番茄植株体的等效阻抗模型,试验结果表明:发芽期和幼苗期的番茄植株等效阻抗模型为R（QR（CR）（CR））,开花坐果期以及结果期的等效阻抗模型为R（Q（R（CR）））。5.通过对番茄植株体各时期的模型进行充放电实验,根据电容特性得出相应的参数值关系,与模型中参数反演出的元件值对比验证,其误差均小于10%,通过验证,该模型具有合理性。

关键词：番茄植株电化学工作站二端口网络阻抗模型

西花蓟马诱导的番茄植株防御反应对B型烟粉虱行为的影响

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昆虫学报 2012年第5期55卷 545-553页

作者：李晓星郦卫弟吕要斌杭州师范大学生命与环境科学学院杭州310018 浙江省农业科学院植物保护与微生物研究所浙江省植物有害生物防控重点实验室--省部共建国家重点实验室培育基地杭州310021

【目的】明确外来入侵害虫西花蓟马Frankliniella occidentalis(Pergande)取食诱导的番茄植株防御反应对B型烟粉虱Bemisia tabaci(Gennadius)B-biotype行为的影响,探讨西花蓟马与B型烟粉虱的种间竞争机制。【方法】利用"Y"型嗅觉仪行为... 详细信息

【目的】明确外来入侵害虫西花蓟马Frankliniella occidentalis(Pergande)取食诱导的番茄植株防御反应对B型烟粉虱Bemisia tabaci(Gennadius)B-biotype行为的影响,探讨西花蓟马与B型烟粉虱的种间竞争机制。【方法】利用"Y"型嗅觉仪行为分析法、选择性试验法,研究了不同处理组合(健康植株CKvs烟粉虱为害植株B、健康植株CKvs西花蓟马为害植株F、烟粉虱为害植株Bvs烟粉虱和西花蓟马共同为害植株B+F)下,烟粉虱对不同处理植株的取食行为反应及寄主偏好的差异性,并利用GC-MS分析了不同处理植株挥发性物质的差异性。【结果】"Y"型嗅觉仪行为分析结果表明,在CKvsB和CKvsF两个组合中,烟粉虱雌成虫对健康植株和昆虫为害植株的偏好性差异不显著;而在BvsB+F组合中,烟粉虱为害株对烟粉虱雌成虫具有极显著的引诱作用(P番茄植株防御反应可以显著影响B型烟粉虱的寄主选择行为及产卵选择性。

关键词：西花蓟马烟粉虱番茄植株植物防御反应行为反应挥发性物质

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外力作用下番茄植株形变的动态模拟

小型微型计算机系统 2012年第2期33卷 293-297页

作者：丁维龙金胡俊徐志福郑红波陈琦浙江工业大学计算机科学与技术学院杭州310023 浙江省农业科学院数字农业研究中心杭州310021

提出一种模拟番茄植株形变过程的计算机方法.该方法针对番茄的虚拟模型,结合材料力学中弹性杆的变形计算原理,给出计算番茄主茎和叶轴变形的数学公式,并基于阻尼振动原理,模拟了枝茎变形后的形态恢复过程.该方法已经使用OpenGL在NVIDIA ... 详细信息

提出一种模拟番茄植株形变过程的计算机方法.该方法针对番茄的虚拟模型,结合材料力学中弹性杆的变形计算原理,给出计算番茄主茎和叶轴变形的数学公式,并基于阻尼振动原理,模拟了枝茎变形后的形态恢复过程.该方法已经使用OpenGL在NVIDIA GeForce3图形硬件上实现.实验结果显示,利用这种方法可以实现不同拉力和触动力作用下番茄植株形变过程的可视化模拟.

关键词：外力作用番茄植株参数化L系统动态模拟

面向番茄植株相近色目标识别的多波段图像融合方法

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智慧农业（中英文） 2020年第2期2卷 126-134页

作者：冯青春陈建成伟王秀北京农业智能装备技术研究中心北京100097 中国农业大学工学院北京100083 国家农业智能装备工程技术研究中心北京100097 农业智能装备技术北京市重点实验室北京100097

针对温室番茄智能化管理需要,研究茎秆、叶片和绿果等3类相近色目标的多波段图像融合方法,以凸显目标与背景亮度差异,提高目标视觉识别效率。根据其各自在300~1000 nm范围的反射光谱特征差异,建立了针对其光谱数据分类的Lasso正则化逻... 详细信息

针对温室番茄智能化管理需要,研究茎秆、叶片和绿果等3类相近色目标的多波段图像融合方法,以凸显目标与背景亮度差异,提高目标视觉识别效率。根据其各自在300~1000 nm范围的反射光谱特征差异,建立了针对其光谱数据分类的Lasso正则化逻辑回归模型。基于模型的稀疏解特征,确定具有较大权值系数的450、600和900 nm等3个波段作为最优成像波段,在此基础上构建了温室番茄植株多波段图像在线采集系统。结合最优成像波段下相近色目标图像特征分析,提出了基于NSGA-II的多波段图像加权融合方法,以增强特定目标与近色背景物体的图像亮度差异。最后通过现场试验对多波段图像融合效果进行评估。结果表明,分别以茎秆、叶片和绿果器官作为识别目标,通过多波段图像融合处理后,目标与背景之间的图像灰度差异绝对差值相应达到单波段图像的2.02、8.63和7.89倍,即被识别目标与其他近色背景的亮度差异显著增强,且背景物的亮度波动得到抑制。本研究结果可以为农业环境近色目标视觉识别相关研究提供参考。

关键词：农业机器人番茄植株相近色目标光谱特征图像融合 NSGA-II