塊莖監(jiān)測電阻成像系統(tǒng)圖像重建算法的比較研究.pdf

1、電阻層析成像技術(shù)(Electrical Resistance Tomography，簡稱ERT)作為電學(xué)成像的一個(gè)重要研究領(lǐng)域，以其快速，無擾動(dòng)，無輻射，性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已成為各國學(xué)者的研究熱點(diǎn)之一，并在石油、化工以及地質(zhì)勘探等多個(gè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　本課題將ERT技術(shù)應(yīng)用到電子農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，提出了塊莖電阻成像TERT(TuberElectrical Resistance Tomography)的研究方向。TERT系統(tǒng)通過

2、電學(xué)成像技術(shù)來更好地獲得農(nóng)田土壤中植物塊莖的生長狀態(tài)等信息，對農(nóng)作物灌溉、施肥和塊莖植物的精細(xì)種植都有很大幫助，并具有廣泛應(yīng)用前景和實(shí)用價(jià)值。
　　本文著重對植物塊莖圖像重建算法進(jìn)行深入比較研究，首先設(shè)計(jì)了基于MATLAB的仿真平臺，對成像算法進(jìn)行理論仿真研究;其次開發(fā)了TERT系統(tǒng)上位機(jī)軟件，通過獲得的敏感場邊界電壓信號對重建算法進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)研究，并重建出二維/三維圖像，最終完成了整個(gè)TERT系統(tǒng)的搭建。本文主要工作包括:

3、>　　1.塊莖基礎(chǔ)成像算法的比較研究。對基礎(chǔ)成像算法，尤其對算法中的迭代法與直接法，時(shí)效性與精確度進(jìn)行對比研究，選擇了適合于TERT系統(tǒng)成像條件的基礎(chǔ)算法。
　　2.塊莖基礎(chǔ)成像算法的組合優(yōu)化研究。對已選擇的基礎(chǔ)成像算法進(jìn)行組合優(yōu)化分析，取長補(bǔ)短形成了一種新型組合算法，使塊莖截面成像更為真實(shí)有效，且符合系統(tǒng)精度要求。
　　3.灰色區(qū)域提取與圖像噪點(diǎn)檢測優(yōu)化。組合算法的成像精度雖得到提升，但邊界仍較模糊。本文首先采用大津閾值算

4、法提取成像周圍的灰色過渡區(qū)域，再利用遺傳算法對提取的灰色單元進(jìn)行二值化處理，最后利用自定義的噪點(diǎn)檢測算法剔除圖像噪點(diǎn)，從而得到了精度更高的塊莖截面圖像。
　　4.基于實(shí)物塊莖比較的輪廓曲線擬合及三維模型重建。將經(jīng)過處理場域分布清晰明確的塊莖輪廓與實(shí)物塊莖進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)重建的塊莖輪廓“硬直”失真。故采用三次B樣條曲線以及雙三次B樣條曲面擬合技術(shù)擬合塊莖輪廓、構(gòu)建立體輪廓表面，從而得到更為逼近真實(shí)植物塊莖三維模型重建的有關(guān)算法。