数字图像处理的温室作物长势信息检测(附件)【字数：13814】
摘 要摘 要在现代化技术飞速发展的时代，农业作为我国国民经济的根基，也是大多数农业劳动者的生存之道。如何提高农业生产效率，对农业作物进行有效的检测，及时控制植物的生长状态是我国农业面临的主要问题。如今，科学技术发展日新月异，数字图像处理技术已被广泛地应用于农业工程技术范畴，并进行作物分析检测与测量。利用数字图像处理技术改善传统农业，提升农业生产的科技水平，已是越来越多农业劳动者的共识。本文通过对番茄叶片和茎的图像分析，运用MATLAB对图片进行预处理，根据对比目标图像和参照物所占像素数的方法，得出叶面积和茎长/宽的参数，并运用CAD软件进行验证及误差分析，以此判断出植物的生长状态。通过这个研究，可以更加实时方便快捷的检测出温室植物的长势状态信息，更加准确的对作物进行调控。关键字 农业；数字图像处理；MATLAB；长势信息
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究的背景、目的和意义 1
1.1.1 研究的背景 1
1.1.2 研究的目的和意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.2.1 国内研究现状 3
1.2.2 国外研究现状 5
1.3 存在的问题 5
1.4 研究内容 6
1.5 技术路线 8
第二章 数字图像处理及过程 9
2.1 数字图像处理 9
2.2 MATLAB 9
2.3 图像处理的过程及原理 11
2.3.1 预处理的流程方案： 11
2.3.2 图片采集 11
2.3.3 读取图片 12
2.3.4 颜色变换 13
2.3.5 中值滤波 14
2.3.6 阈值分割 15
2.3.7 形态学处理 16
2.3.8 边缘检测 18
2.3.9 连通区域标记 19
2.4 本章小结 20
第三章 植物生长状态的检测 21
3.1 叶面积的计算 21
3.2 茎长的计算 22
3.3 茎宽的计算 23
3.4 本章小结 23
第四章 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
结果验证与误差分析 25
4.1 统计计算结果及分析 25
4.2 研究结果的验证 27
4.3 本章小结 30
总结与展望 32
致 谢 34
参考文献 35
附录A 计算叶面积 MATLAB 主程序 37
附录B 计算茎长/宽MATLAB主程序 40
绪论
研究的背景、目的和意义
研究的背景
目前，现代化农业已逐渐成为国内外农业领域展开精准农业实践、提升作物产量、适当的使用资源和能源、保护环境、大大减少生产成本、提高农产品的质量等方面的热点研究课题之一，也是我国农业方面越来越重视的方向之一。这项研究应以精准农业数据为基础，包括农作物的生长情况、长势信息、作物的识别等有关。
从我国目前农业发展的水平来看，现代化农业还没有被普遍的应用到广大农业劳动者的实施当中。如何准确及时的对作物生长状态进行检测，合理的对植物生长因素进行调控等一系列问题还没有被农业劳动者所认知和解决，这些问题都是提高我国现代化农业水平的一些关键因素。
随着计算机水平的不断发展和提高，农业领域的科学人士也通过计算机对植物生长状态信息进行检测方面进行了深入的研究，而数字图像处理技术首当其冲，也被广泛的应用到现代化农业中。如何应用数字图像处理技术完成对植物生长状态信息的检测从而进行调控，已逐渐成为了现代化农业中最热门也是最基础的研究方向之一。
研究的目的和意义
基于现代农业的方向，在植物生长期内尽早了解植物生长信息，可以避免植物发生病变、缺少水分等营养物质，及时的对植物的生长条件和环境进行有效的控制，利用先进的知识和技术对植物进行动态监测，生长趋势分析，具有严格的农业生产管理，对于现代农业的发展和提升作物产量，具有重要的实践意义。
叶和茎作为植物生长的主要器官，其发育状况和小大会对作物生长发育造成的影响很大，是生理变化方面研究经常考虑的内容[1]。因此，建立方便、准确的叶面积和茎长/宽的计算方法，对植物的生长状态进行检测，使植物具有良好的生长状态起到了重要的作用。
在过去的一些检测方法中，有些方法虽然可以通过对植物叶面积和茎长/宽等参数的计算检测出植物的生长状态，但是许多方法费时，费力，且误差比较大，效果不是很完美。然而通过数字图像处理技术对植物的生长状态进行检测，却可以弥补这些缺点。数字图像处理技术作为一项日益完善，逐渐被广大现代农业生产基地所采用的先进技术，具有操作实时方便快捷，结果精度比较高的特点。将传统植物生长状态检测的方法与数字图像处理技术检测的方法相比较，两者的优缺点已经很明显，所以，通过茎长/宽和叶的面积的测量对了解作物生长状态信息，对植物生长因素进行适宜的控制，引导现代化农业植物的生长和生产起着非常重要的作用。
本课题研究中，通过对植物图像的采集，图像的预处理等操作过程最终获得叶面积等参数，不仅可以简单方便的完成对植物生长状态的检测，而且相对误差比较小，在不采摘植物叶片的前提下，也完成了对植物的无损测量，基本上完成了现代农业的简单、便捷、精确、无损等目标，可以及时地了解对植物的生长状态，并进行调控。同时这种方法所应用的成本也比较小，可以被广大农业劳动者所接受，并会被广泛的应用到农业领域的研究和实践当中。因此，凭借这种方法的多种优点和逐步的完善,不仅可以及时检测植物整体的生长状态，提升作物的生产质量，还可以推动现代农业的水平和农业可持续发展战略的实施。
国内外研究现状
近年来，人们对植物参数的测量方法进行了大量的研究和测量，并逐渐趋近于完善。在比较传统的方法中，优点与缺点也是同时存在。其中原理最简单的网格法主要采用根据坐标纸描绘出叶片的大小和形状，对网格的数量进行统计，从而计算出叶的面积。这种方法操作简单，但是浪费的时间比较多，不方便，最主要的是，对于那些不规则形状的叶片，准确度也不是很高；由于受叶龄和叶片的厚度等因素影响比较大的称重法(或直接称重法)，其比较繁琐且精度很低；利用专业的叶面积仪对植物进行测量的叶面积仪法，主要特点是准确、快捷，但是价格昂贵，且维修起来麻烦，不适合大多数农业工作者使用，应用不是很普遍。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究的背景、目的和意义 1
1.1.1 研究的背景 1
1.1.2 研究的目的和意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.2.1 国内研究现状 3
1.2.2 国外研究现状 5
1.3 存在的问题 5
1.4 研究内容 6
1.5 技术路线 8
第二章 数字图像处理及过程 9
2.1 数字图像处理 9
2.2 MATLAB 9
2.3 图像处理的过程及原理 11
2.3.1 预处理的流程方案： 11
2.3.2 图片采集 11
2.3.3 读取图片 12
2.3.4 颜色变换 13
2.3.5 中值滤波 14
2.3.6 阈值分割 15
2.3.7 形态学处理 16
2.3.8 边缘检测 18
2.3.9 连通区域标记 19
2.4 本章小结 20
第三章 植物生长状态的检测 21
3.1 叶面积的计算 21
3.2 茎长的计算 22
3.3 茎宽的计算 23
3.4 本章小结 23
第四章 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
结果验证与误差分析 25
4.1 统计计算结果及分析 25
4.2 研究结果的验证 27
4.3 本章小结 30
总结与展望 32
致 谢 34
参考文献 35
附录A 计算叶面积 MATLAB 主程序 37
附录B 计算茎长/宽MATLAB主程序 40
绪论
研究的背景、目的和意义
研究的背景
目前，现代化农业已逐渐成为国内外农业领域展开精准农业实践、提升作物产量、适当的使用资源和能源、保护环境、大大减少生产成本、提高农产品的质量等方面的热点研究课题之一，也是我国农业方面越来越重视的方向之一。这项研究应以精准农业数据为基础，包括农作物的生长情况、长势信息、作物的识别等有关。
从我国目前农业发展的水平来看，现代化农业还没有被普遍的应用到广大农业劳动者的实施当中。如何准确及时的对作物生长状态进行检测，合理的对植物生长因素进行调控等一系列问题还没有被农业劳动者所认知和解决，这些问题都是提高我国现代化农业水平的一些关键因素。
随着计算机水平的不断发展和提高，农业领域的科学人士也通过计算机对植物生长状态信息进行检测方面进行了深入的研究，而数字图像处理技术首当其冲，也被广泛的应用到现代化农业中。如何应用数字图像处理技术完成对植物生长状态信息的检测从而进行调控，已逐渐成为了现代化农业中最热门也是最基础的研究方向之一。
研究的目的和意义
基于现代农业的方向，在植物生长期内尽早了解植物生长信息，可以避免植物发生病变、缺少水分等营养物质，及时的对植物的生长条件和环境进行有效的控制，利用先进的知识和技术对植物进行动态监测，生长趋势分析，具有严格的农业生产管理，对于现代农业的发展和提升作物产量，具有重要的实践意义。
叶和茎作为植物生长的主要器官，其发育状况和小大会对作物生长发育造成的影响很大，是生理变化方面研究经常考虑的内容[1]。因此，建立方便、准确的叶面积和茎长/宽的计算方法，对植物的生长状态进行检测，使植物具有良好的生长状态起到了重要的作用。
在过去的一些检测方法中，有些方法虽然可以通过对植物叶面积和茎长/宽等参数的计算检测出植物的生长状态，但是许多方法费时，费力，且误差比较大，效果不是很完美。然而通过数字图像处理技术对植物的生长状态进行检测，却可以弥补这些缺点。数字图像处理技术作为一项日益完善，逐渐被广大现代农业生产基地所采用的先进技术，具有操作实时方便快捷，结果精度比较高的特点。将传统植物生长状态检测的方法与数字图像处理技术检测的方法相比较，两者的优缺点已经很明显，所以，通过茎长/宽和叶的面积的测量对了解作物生长状态信息，对植物生长因素进行适宜的控制，引导现代化农业植物的生长和生产起着非常重要的作用。
本课题研究中，通过对植物图像的采集，图像的预处理等操作过程最终获得叶面积等参数，不仅可以简单方便的完成对植物生长状态的检测，而且相对误差比较小，在不采摘植物叶片的前提下，也完成了对植物的无损测量，基本上完成了现代农业的简单、便捷、精确、无损等目标，可以及时地了解对植物的生长状态，并进行调控。同时这种方法所应用的成本也比较小，可以被广大农业劳动者所接受，并会被广泛的应用到农业领域的研究和实践当中。因此，凭借这种方法的多种优点和逐步的完善,不仅可以及时检测植物整体的生长状态，提升作物的生产质量，还可以推动现代农业的水平和农业可持续发展战略的实施。
国内外研究现状
近年来，人们对植物参数的测量方法进行了大量的研究和测量，并逐渐趋近于完善。在比较传统的方法中，优点与缺点也是同时存在。其中原理最简单的网格法主要采用根据坐标纸描绘出叶片的大小和形状，对网格的数量进行统计，从而计算出叶的面积。这种方法操作简单，但是浪费的时间比较多，不方便，最主要的是，对于那些不规则形状的叶片，准确度也不是很高；由于受叶龄和叶片的厚度等因素影响比较大的称重法(或直接称重法)，其比较繁琐且精度很低；利用专业的叶面积仪对植物进行测量的叶面积仪法，主要特点是准确、快捷，但是价格昂贵，且维修起来麻烦，不适合大多数农业工作者使用，应用不是很普遍。
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