多塊莖電阻成像技術(shù)的理論與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、電阻層析成像（Electrical Resistance Tomography，簡稱ERT）作為電學(xué)成像的一個重要分支，由于其快速、無擾動、無輻射、性價比高等優(yōu)點(diǎn)，在石油、化工以及地質(zhì)勘探等多個領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。課題組將ERT技術(shù)應(yīng)用到電子農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，拓展出塊莖電阻成像（Tuber Electrical Resistance Tomography，簡稱TERT）新型研究領(lǐng)域。塊莖電阻成像技術(shù)能對植物塊莖的生長狀態(tài)和位置信息進(jìn)行非侵入

2、式的可視化監(jiān)控，符合精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)栽培技術(shù)的要求，為新品種培育和電子農(nóng)業(yè)提供了一種可視化檢測手段和工具。
　　本文對多塊莖電阻成像的理論和實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了較為深入地研究。首先建立了基于COMSOL Multiphysics的多塊莖物理場模型，對多塊莖的TERT正問題進(jìn)行了仿真分析與研究;其次設(shè)計(jì)并修正了適合多塊莖電阻成像的圖像重建算法;最后在課題組研究建立的TERT-I型樣機(jī)上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，最終建立并完善了多塊莖電阻成像系統(tǒng)。
　　本

3、文的主要工作包括:
　　(1)多塊莖電阻成像的正問題研究。進(jìn)行多塊莖物理建模;分別對空場情況和存在多個塊莖的物理場進(jìn)行仿真分析研究，對場域中塊莖的個數(shù)不同、位置不同及形狀不同的情況進(jìn)行對比分析，總結(jié)與之相應(yīng)的規(guī)律特性，為多塊莖圖像重建打下基礎(chǔ)。
　　(2)多塊莖圖像重建算法的研究。將定性算法LBP和定量算法MNR引入到TERT系統(tǒng)中，對場域中存在多塊莖的情況進(jìn)行圖像重建，比較成像結(jié)果，歸納總結(jié)規(guī)律特性。
　　(3)對圖

4、像重建算法得到的圖像進(jìn)行圖像后處理，經(jīng)過圖像二值化、數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)處理、邊緣提取等步驟之后，以此得到較為清晰的土壤/塊莖等多相介質(zhì)的分布圖像。
　　(4)模擬實(shí)驗(yàn)研究。基于對TERT-I型樣機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取可行性的系統(tǒng)分析，利用水介質(zhì)和絕緣尼龍棒分別代替土壤和塊莖進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)研究，以此來驗(yàn)證多塊莖圖像重建算法的可行性和可靠性，并進(jìn)行了具體分析。
　　(5)飽和土壤介質(zhì)和馬鈴薯塊莖的成像實(shí)驗(yàn)研究。利用TERT-Ⅰ型樣機(jī)系統(tǒng)，對飽和