文章目录

摘要

abstract

1 引言

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

    1.2.1 显微结构图像分割处理研究现状

    1.2.2 显微结构图像特征参数化研究现状

    1.2.3 环境因子对紫花苜蓿显微结构的影响

1.3 存在的主要问题

1.4 研究内容、目标及技术路线

    1.4.1 研究内容

    1.4.2 研究目标

    1.4.3 技术路线

1.5 小结

2 紫花苜蓿茎解剖结构图像采集

2.1 试验材料

2.2 主要试验试剂及仪器

2.3 试验方法

2.4 图像采集

    2.4.1 采集方法

    2.4.2 紫花苜蓿茎解剖结构图像特征

3 紫花苜蓿茎解剖结构图像分割方法研究

3.1 图像分割质量评价

3.2 紫花苜蓿茎解剖结构整体分割试验

    3.2.1 图像特征分析及分割思路

    3.2.2 试验与分割结果

3.3 维管束木质化细胞分割试验

    3.3.1 图像特征分析及分割思路

    3.3.2 图像预处理

    3.3.3 试验与结果分析

3.4 紫花苜蓿茎解剖结构髓细胞分割试验

    3.4.1 图像特征分析及分割思路

    3.4.2 图像预处理

    3.4.3 试验与结果分析

3.5 紫花苜蓿茎解剖结构表皮细胞分割试验

    3.5.1 图像特征分析及分割思路

    3.5.2 图像预处理

    3.5.3 试验与结果分析

3.6 小结

4 紫花苜蓿茎解剖结构图像特征测量

4.1 茎整体部分测量

    4.1.1 试验步骤

    4.1.2 测量结果评价

4.2 维管束初生木质部测量

    4.2.1 试验步骤

    4.2.2 测量结果评价

4.3 表皮细胞测量

    4.3.1 试验步骤

    4.3.2 测量结果评价

4.4 试验结果分析

4.5 小结

5 紫花苜蓿茎解剖结构对不同物候期的响应

5.1 紫花苜蓿不同物候期下茎解剖结构特征比较

5.2 对应分析与结果

    5.2.1 紫花苜蓿物候期变化特征向量分析

    5.2.2 紫花苜蓿茎解剖结构特征向量分析

    5.2.3 紫花苜蓿茎解剖结构特征与物候期变化对应分析

    5.2.4 紫花苜蓿物候期变化的欧氏距离比较

    5.2.5 紫花苜蓿茎解剖结构欧氏距离比较

5.3 小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

作者简介

文章摘要:近年来,随着农村牧区家庭养殖业的不断发展,饲草料需求量日益增加,同时,用户对高品质饲草料质量提出明确要求。紫花苜蓿作为优质饲草作物,在畜牧业发达地区种植比重较大,为了满足产业需求,研究探讨紫花苜蓿不同生长期刈割对显微结构、形态结构、品质及综合效益之间的关系和运用,有利于提高紫花苜蓿生产管理精准性,有利于提高紫花苜蓿产业发展科技水平。研究利用数字图像处理技术对其茎解剖结构图像进行分析处理,揭示了紫花苜蓿茎解剖结构及构造,研究分析了结构指标于不同物候期之间相关关系。按照植物生物学试验要求分别采集了紫花苜蓿分枝期、孕蕾期、处花期和盛花期茎样本,运用石蜡切片技术制作茎横切片永久切片,通过双重染色法对组织细胞进行染色处理。将生物光学显微镜与计算机配套软件Toup View3.7结合采集了紫花苜蓿茎解剖结构图像。针对茎解剖结构图像特点,以图像颜色显著性与形状特征为基础,对茎解剖结构横截面、维管束木质化细胞、髓薄壁细胞和表皮细胞图像进行预分割处理;运用数学形态学处理连接邻近物体、平滑边界及去除残留杂点;通过图像像素指标对茎横截面、维管束木质化细胞、髓薄壁细胞和表皮细胞图像分割算法进行评价。结果表明:运用的数学形态学空洞填充和连通域标记法对茎解剖结构横截面图像处理效果显著,最大连通区域即目标区域;利用图像颜色特征和形状特征结合对维管束木质化细胞图像进行处理,相比图像颜色显著性分割处理,其分割精度显著提高;采用数学形态学孔洞填充和开运算处理髓薄壁细胞图像,有效剔除了残留杂点,且目标区域分割较完整;为了实现表皮细胞粘连结构的准确分割,将通过迭代腐蚀的分水岭分割算法对处分割图像进行二次分割处理,其分割效果较理想。茎解剖结构横截面、维管束木质化细胞、髓薄壁细胞和表皮细胞图像分割算法评价结果可知,平均分割误差分别为2.537%、6.140%、6.197%、5.321%。研究以图像预处理、分割处理为基础,对茎解剖结构图像截面整体进行参数化研究;提出的茎解剖结构截面面积（SCA）测量算法平均测量精度达到99.383%。利用二值图像连通分量标注法对维管束木质化细胞个数（NPXVB）测量,测量精度达到97.278%;提出了一种初生木质部宽度（WPXVB）、串联结构高度（TSH）测量算法,经Toupview3.7软件手动测量值对比平均相对误差分别为3.578%、3.413%。研究分别对茎解剖结构表皮细胞厚度和个数参数化处理;通过交互测量和算法测量值的对比,平均相对误差分别为2.689%、3.034%。分析结果:通过研究分析紫花苜蓿茎解剖结构与物候期之间的相关性,经对各生长时期茎解剖结构观察和比较,其具有较强的可塑性;茎解剖结构横截面面积（SCA）、维管束木质化细胞个数（NPXVB）、维管束初生木质部宽度（WPXVB）、串联结构高度（TSH）和表皮细胞厚度（ECT）等对不同物候期具有显著变化,而表皮细胞个数（NEC）对不同物候期未见显著变化。研究表明,运用数字图像处理技术对紫花苜蓿茎解剖结构图像进行特征提取和测量,具有较高操作稳定性,并且劳动强度低、精度高和效率高等优点;本文所提出的处理算法对紫花苜蓿解剖结构图像研究提供了新的技术手段,对其品质检测及环境因子之间相关性分析打下了良好基础。