收 稿 日 期 2020 05 14 基 金 項 目 甘 肅 農 業(yè) 大 學 學 科 建 設 專 項 基 金 項 目 GAU XKJS 2018 188 甘 肅 省 高 等 學 校 產 業(yè) 支 撐 引 導 項 目 2019C 11 第 一 作 者 簡 介 符 凱 娟 1995 女 碩 士 研 究 生 主 要 從 事 圖 像 處 理 的 研 究 E mail 18809487363 通 訊 作 者 馮 全 1969 男 教 授 博 士 主 要 從 事 農 業(yè) 信 息 化 計 算 機 視 覺 的 研 究 E mail fquan S 第48 卷 第8 期 2020 年8 月 林 業(yè) 機 械 與 木 工 設 備 FORESTRYMACHINERY2 甘 肅 農 業(yè) 大 學 園 藝 學 院 甘 肅 蘭 州730070 摘 要 提 取32 種 草 莓 葉 片 顏 色 特 征 及 葉 面 積 運 用 回 歸 方 法 分 別 分 析 這32 種 顏 色 特 征 以 及 葉 片 投 影 面 積S 與 葉 片 含 水 率y 之 間 的 關 系 從 中 篩 選 出 最 能 反 應 葉 片 含 水 率 變 化 的 圖 像 特 征 建 立 最 優(yōu) 的 草 莓 葉 片 含 水 率 預 測 模 型 結 果 顯 示 在 單 變 量 回 歸 分 析 中 G R B G 和S 與 葉 片 含 水 率 之 間 的 關 系 最 為 顯 著 相 關 系 數 分 別 為0 769 0 766 分 別 建 立 葉 片 含 水 率 預 測 模 型 為y 1 0 081x G R B G 0 640 y 2 0 272x S 0 468 進 一 步 分 析 了 葉 片 含 水 率 與 顏 色 特 征 和 面 積 兩 種 因 素 的 關 系 結 果 顯 示 對 于 每 種 顏 色 特 征 與S 的 組 合 其 與 含 水 率 的 相 關 系 數 都 得 到 了 顯 著 提 高 其 中G S B S 的 相 關 系 數 分 別 為0 916 0 911 建 立 的 預 測 模 型 分 別 是y 3 0 273x S 0 155x G 0 311 y 4 0 272x S 0 054x B 0 417 通 過 驗 證 數 據 檢 驗 發(fā) 現(xiàn) 模 型y 4 的 預 測 準 確 性 最 好 擬 合 度 達80 5 關 鍵 詞 草 莓 圖 像 特 征 葉 片 含 水 率 預 測 模 型 中 圖 分 類 號 S776 文 獻 標 識 碼 A 文 章 編 號 2095 2953 2020 08 0027 08 StrawberryLeafWaterContentDetectionModelBasedonImageFeatures FUKai juan 1 FENGQuan 1 CHENBai hong 2 1 CollegeofMechanicalandElectricalEngineering GansuAgriculturalUniversity LanzhouGansu730070 China 2 CollegeofHorticulture GansuAgriculturalUniversity LanzhouGansu730070 China Abstract The32kindsofstrawberryleafcolorfeaturesandprojectedleafareaswereextracted Therelationshipsbe tween32kindsofcolorfeaturesandprojectedleafareaSandtheleafmoisturecontentywereanalyzedusingregres siononebyonesoastoselecttheimagefeaturewhichcanreflectthechangeoftheleafwatercontentbestandtoes tablishoptimalstrawberrybladewatercontentpredictionmodel Theresultsshowthatinthesinglevariableregression analysis therelationshipsbetween G R B G Sandtheleafwatercontentwerethemostsignificant withthe correlationcoefficientsbeing0 769and0 766respectively withtheestablishedleafwatercontentpredictionmodels beingy 1 0 081x G R B G 0 640andy 2 0 272x S 0 468respectively Furthermore therelationshipbetween theleafwatercontentandthetwofactors i e colorfeatureandareawereanalyzed withtheresultshowingthatthe correlationscoefficientsbetweeneachcombinationofcolorfeatureandSandthewatercontentwereallsignificantly林 業(yè) 機 械 與 木 工 設 備 第48 卷 improved withthecorrelationcoefficientsofG SandB Sbeing0 916and0 911respectively withtheestab lishedpredictionmodelsbeingy 3 0 155x G 0 273x S 0 311andy 4 0 054x B 0 272x S 0 417respectively It wasfoundthroughverificationdatainspectionthaty 4 modelhadthebestpredictionaccuracyandafittingdegree of80 5 Keywords strawberry imagefeature leafmoisturecontent predictionmodel 草 莓 原 產 自 南 美 全 世 界 共 有20000 多 個 品 種 1 是 一 種 喜 溫 涼 和 光 的 植 物 草 莓 根 系 分 布 淺 蒸 騰 量 大 對 水 分 要 求 嚴 格 但 草 莓 在 不 同 生 長 期 對 水 分 的 要 求 又 稍 有 不 同 在 草 莓 果 實 生 長 和 成 熟 期 對 水 分 的 需 求 最 多 達80 以 上 作 物 水 分 大 部 分 由 葉 片 承 擔 缺 水 則 會 導 致 作 物 葉 片 萎 縮 面 積 減 小 顏 色 短 期 加 深 等 情 況 2 目 前 草 莓 灌 溉 都 以 漫 灌 為 主 導 致 大 量 的 水 資 源 浪 費 研 究 草 莓 按 需 灌 溉 是 節(jié) 約 水 資 源 的 措 施 之 一 圖 像 處 理 技 術 簡 便 快 速 無 接 觸 無 破 壞 性 被 認 為 是 現(xiàn) 代 無 損 檢 測 的 重 要 技 術 之 一 3 7 一 些 學 者 利 用 圖 像 特 征 對 部 分 作 物 水 分 檢 測 進 行 了 研 究 主 要 集 中 在 棉 花 小 麥 葡 萄 玉 米 等 作 物 的 檢 測 上 王 方 永 等 8 分 析 并 發(fā) 現(xiàn) 棉 花 顏 色 參 數G R 與 水 分 含 量 及 水 分 含 量 指 數 相 關 性 最 好 以G R 建 立 了 棉 花 水 分 含 量 及 水 分 含 量 指 數 預 測 模 型 預 測 精 度 達 到90 71 和91 02 Zakaluk 等 9 以 馬 鈴 薯 植 株 圖 像 預 測 植 株 水 勢 利 用 主 成 分 分 析 法 發(fā) 現(xiàn) 土 壤 氮 與 葉 片 反 射 率 呈 顯 著 的 負 線 性 關 系 r 0 71 p 0 003 江 朝 暉 等 10 采 用 偏 最 小 二 乘 回 歸 建 立 了 越 冬 期 小 麥 冠 層 圖 像 特 征 與 冠 層 含 水 率 檢 測 模 型 檢 測 得 到 冬 小 麥 品 種 的 相 對 誤 差 均 值 僅 為1 29 勞 東 青 等 11 以 溫 室 大 棚 中 的 葡 萄 植 株 為 研 究 對 象 采 用 多 項 式 曲 線 擬 合 的 方 式 建 立 了 一 種 圖 像 灰 度 均 值 的 含 水 率 估 算 模 型 模 型 的 相 關 系 數 達 到 70 83 韓 文 霆 等 12 采 用 信 息 灰 度 共 生 矩 陣 和 灰 度 直 方 圖 分 析 抽 穗 期 玉 米 葉 片 與 含 水 率 的 關 系 研 究 得 到 葉 片 顏 色 特 征 均 值 與 含 水 率 的 關 系 模 型 決 定 系 數 為70 17 Kacira 13 和Takayama 等 14 建 議 把 西 紅 柿 葉 子 的 垂 直 投 影 面 積 作 為 水 分 虧 缺 指 數 本 文 對 圖 像 特 征 與 結 果 期 草 莓 葉 片 含 水 率 的 關 系 進 行 了 研 究 提 取 葉 片 圖 像 的 RGB HSV 和 L a b 顏 色 模 型 中 的 多 種 顏 色 特 征 以 及 葉 片 投 影 面 積 對32 種 顏 色 特 征 以 及 投 影 面 積 與 草 莓 葉 片 含 水 率 的 關 系 進 行 相 關 性 回 歸 分 析 從 中 篩 選 出 相 關 性 較 高 的 顏 色 特 征 建 立 草 莓 葉 片 水 分 的 預 測 模 型 由 于 圖 像 傳 感 器 的 成 本 低 本 文 的 研 究 結 果 可 為 草 莓 灌 溉 的 水 分 監(jiān) 測 提 供 一 種 準 確 率 和 實 用 性 都 較 高 的 估 算 方 法 1 試 驗 材 料 與 方 法 1 1 試 驗 設 計 本 次 試 驗 在 甘 肅 農 業(yè) 大 學 進 行 時 間 為2019 年 6 月 供 試 對 象 為 盆 栽 草 莓 品 種 為 寧 玉 土 壤 質 地 為 草 炭 和 珍 珠 巖 接 近 一 比 一 的 混 合 試 驗 對 象 是 生 長 狀 態(tài) 相 同 的30 盆 正 常 生 長 的 草 莓 其 中20 盆 作 為 建 模 組 10 盆 作 為 驗 證 組 對 于 建 模 組 的 草 莓 又 隨 機 分 為3 組 第1 組 作 為 對 比 組 對 這5 盆 草 莓 進 行 每 日 定 時 澆 水 至 飽 和 狀 態(tài) 第2 組 也 有5 盆 該 組 試 驗 期 間 不 做 澆 水 處 理 第1 2 組 每 天 拍 照 但 不 測 量 其 葉 片 含 水 率 這 樣 做 的 目 的 是 可 以 連 續(xù) 觀 察 草 莓 葉 片 隨 水 分 減 少 時 圖 像 特 征 的 變 化 情 況 由 于 本 文 葉 片 含 水 率 測 量 時 會 剪 掉 一 盆 草 莓 的 部 分 葉 片 對 于 連 續(xù) 監(jiān) 測 葉 片 圖 像 特 征 的 草 莓 無 法 測 量 其 含 水 率 故 本 文 采 用 了 替 代 法 即 對 于 建 模 組 其 余10 盆 作 為 第3 組 該 組 不 間 斷 地 測 量 葉 片 含 水 率 作 為 第2 組 對 應 的 含 水 率 對 于 該 組 的 草 莓 試 驗 開 始 后 前9 盆 每 天 測 定 一 次 每 次 一 盆 最 后 一 盆 是 在 試 驗 開 始 后 的 第14 天 測 量 此 時 草 莓 因 缺 水 已 整 體 倒 伏 對 第2 3 組 草 莓 試 驗 前 一 次 性 灌 溉 至 飽 和 隨 后 再 不 澆 水 灌 溉 之 后 在 這 花 盆 土 壤 表 面 鋪 一 層 稀 碎 紙 片 以 防 水 分 流 失 太 快 不 利 于 試 驗 進 行 驗 證 組 水 處 理 方 法 與 建 模 組 相 同 每 天 測 量 一 盆 草 莓 的 圖 像 特 征 與 含 水 率 首 先 拍 照 然 后 測 量 含 水 率 持 續(xù) 10 天 1 2 含 水 率 測 定 1 2 1 葉 片 含 水 率 測 定 在 建 模 組 的 第3 組 中 隨 機 挑 選1 盆 草 莓 均 勻 剪 下10 片 葉 子 并 放 在 鋁 箔 中 使 用 精 度 為0 0001g 的 分 析 天 平 稱 重 記 錄 鮮 重x 1 然 后 將 葉 片 平 鋪 于 8 2第8 期 符 凱 娟 等 基 于 圖 像 特 征 的 草 莓 葉 片 含 水 率 檢 測 模 型 A4 紙 上 放 置 在 型 號 為YHG 300 S 的 遠 紅 外 快 速 恒 溫 干 燥 箱 內 進 行 干 燥 干 燥 溫 度 為80 干 燥 時 間 約 為1h 干 燥 過 程 中 每15min 稱 重 一 次 稱 重 到 葉 片 重 量 誤 差 小 于0 0004g 時 記 錄 此 時 的 重 量x 2 則 可 通 過 計 算 得 到 葉 片 含 水 率y 葉 葉 片 投 影 面 積 相 對 值 葉 片 含 水 率 土 壤 含 水 率 變 化 趨 勢 如 圖1 所 示 由 圖1 可 以 看 到 第4 天 的 葉 片 含 水 率 有 上 升 趨 勢 第5 天 到 第7 天 緩 慢 遞 減 隨 后 呈 現(xiàn) 出 明 顯 遞 減 的 現(xiàn) 象 y 葉 x 1 x 2 x 1 100 圖1 葉 片 投 影 面 積 相 對 值 葉 片 含 水 率 土 壤 含 水 率 變 化 趨 勢 1 2 2 土 壤 含 水 率 測 定 在 測 完 葉 片 含 水 率 的 草 莓 花 盆 中 從 表 面 到 根 部 均 勻 取 土 壤 試 樣 并 放 在 鋁 箔 中 使 用 分 析 天 平 稱 重 記 錄 此 時 重 量z 1 然 后 放 入 預 設 溫 度 為105 的 干 燥 箱 中 干 燥 干 燥 時 間 為4h 記 錄 干 燥 后 的 重 量 為z 2 則 可 得 到 土 壤 含 水 率y 土 由 圖1 可 知 土 壤 含 水 率 均 勻 遞 減 并 且 第9 天 到 第14 天 的 水 分 流 失 最 明 顯 y 土 z 1 z 2 z 1 100 1 3 圖 像 獲 取 圖 像 采 集 使 用D1000 IR 120 Color 雙 目 攝 像 儀 分 辨 率 為1280 480 該 儀 器 是 一 種 可 以 全 景 曝 光 并 應 用 在Windows 端 的 智 能 攝 像 儀 器 拍 攝 在 室 內 進 行 使 用 太 陽 自 然 光 源 拍 攝 時 間 為 早 上 9 00 12 00 采 集 的 圖 像 以png 格 式 儲 存 在 計 算 機 中 拍 攝 時 相 機 鏡 頭 朝 下 鏡 頭 光 軸 垂 直 于 地 面 拍 攝 過 程 中 將48 色 比 色 板 型 號 為Spyder CHECKR48 平 鋪 于 盆 栽 草 莓 旁 邊 調 整 位 置 使 比 色 板 完 整 顯 示 在 雙 目 鏡 頭 中 為 后 期 圖 像 處 理 提 供 方 便 固 定 拍 攝 時 間 與 位 置 連 續(xù) 拍 照 觀 察 直 至 草 莓 葉 片 全 部 萎 蔫 1 4 圖 像 處 理 1 4 1 顏 色 校 正 由 于 拍 攝 環(huán) 境 是 室 內 各 個 花 盆 的 拍 攝 時 間 也 不 同 并 且 實 驗 進 行 期 間 天 氣 不 同 所 以 會 因 為 光 線 問 題 導 致 拍 攝 的 圖 像 顏 色 出 現(xiàn) 人 眼 所 分 辨 不 了 的 差 異 因 而 使 用 圖 像 處 理 軟 件Lightroom5 7 和 圖 像 校 正 軟 件Spydercheckr 對 所 有 圖 像 進 行 顏 色 校 正 校 正 前 后 的 圖 像 樣 例 如 圖2 和 圖3 所 示 1 4 2 圖 像 分 割 圖 像 顏 色 校 正 后 對 圖 像 進 行 分 割 處 理 由 于 草 莓 葉 片 邊 緣 有 細 小 鋸 齒 人 工 精 細 分 割 圖 像 非 常 耗 時 本 文 采 用 相 關 文 獻 15 介 紹 的 算 法 進 行 圖 像 分 割 該 算 法 先 通 過 目 標 檢 測 方 法 檢 測 到 每 張 葉 片 然 后 采 用 圖 割 方 法 優(yōu) 化 葉 片 顏 色 的 能 量 函 數 從 而 實 現(xiàn) 葉 片 分 割 實 驗 發(fā) 現(xiàn) 該 算 法 能 細 致 地 分 割 出 葉 片 邊 緣 對 圖3 分 割 后 得 到 的 圖 像 如 圖4 所 示 1 5 葉 片 投 影 面 積 的 提 取 用 上 述 分 割 算 法 產 生 的 分 割 模 板 自 動 計 算 葉 片 面 積 由 于 拍 攝 時 鏡 頭 垂 直 朝 下 故 該 面 積 為 葉 片 的 垂 直 投 影 面 積S 圖1 給 出 了 第1 組 和 第2 組 葉 片 投 影 面 積 的 均 值 在 試 驗 期 間 的 變 化 趨 勢 為 了 作 圖 方 便 該 圖 中 分 別 將 第 一 天5 盆 葉 面 積 均 值 作 為 基 9 2林 業(yè) 機 械 與 木 工 設 備 第48 卷 準 試 驗 期 間 其 他 各 天 測 得 的 投 影 面 積 均 值 除 以 基 準 值 作 為 相 對 投 影 面 積 以 下 分 析 中 所 述 面 積 均 為 相 對 面 積 可 以 看 出 第1 組 由 于 每 日 定 時 澆 水 至 飽 和 狀 態(tài) 所 以 葉 面 積 幾 乎 沒 有 變 化 而 第2 組 在 剛 開 始 的3 天 里 花 盆 有 充 足 水 分 葉 面 積 幾 乎 沒 有 變 化 其 后 隨 著 水 分 流 失 葉 面 積 開 始 逐 漸 減 小 圖2 葉 片 原 圖 圖3 葉 片 校 正 圖 圖4 分 割 后 葉 片 圖 1 6 顏 色 特 征 提 取 在 以 往 的 研 究 文 獻 中 研 究 者 使 用 了 多 種 顏 色 特 征 建 立 不 同 植 物 葉 片 含 水 率 模 型 16 21 這 些 特 征 來 自 于RGB HSV 和L a b 顏 色 模 型 RGB 是 最 基 本 的 顏 色 模 型 其 中R G 和B 分 別 是 圖 像 的 紅 綠 和 藍 色 分 量 與 人 對 顏 色 的 主 觀 感 知 相 一 致 不 足 之 處 在 于 光 照 強 度 變 化 時 各 分 量 值 也 隨 之 變 化 HSV 是 由 色 相 H 飽 和 度 S 和 亮 度 V 組 合 的 一 種 色 彩 模 式 可 將 亮 度 與 顏 色 分 離 L a b 是 一 種 人 眼 可 以 看 到 所 有 色 彩 的 色 彩 模 式 L 是 光 度 分 量 a b 為2 個 色 度 分 量 a 表 示 從 綠 到 紅 b 表 示 從 藍 到 黃 前 人 研 究 表 明 與 不 同 植 物 含 水 率 關 系 最 為 密 切 的 顏 色 特 征 是 不 同 的 本 試 驗 收 集32 種 與 葉 片 含 水 率 相 關 的 顏 色 特 征 分 別 對 其 與 葉 片 含 水 率 進 行 回 歸 分 析 尋 找 最 適 合 表 征 草 莓 葉 片 含 水 率 的 顏 色 特 征 見 表1 本 文 對 分 割 后 的 葉 片 圖 像 按 像 素 求 出 平 均 的R G B 值 然 后 利 用MATLAB 編 程 求 出 其 他 顏 色 特 征 的 值 2 數 據 分 析 2 1 葉 片 含 水 率 與 顏 色 特 征 的 相 關 性 分 析 為 了 全 面 研 究 葉 片 含 水 率 與 葉 片 圖 像 顏 色 特 征 的 關 系 提 取 了 校 正 后 葉 片 圖 像 的32 種 顏 色 特 征 并 且 通 過 回 歸 分 析 發(fā) 現(xiàn) 每 一 個 特 征 對 目 標 值 都 有 不 同 程 度 的 影 響 結 果 見 表2 表1 顏 色 特 征 顏 色 特 征 顏 色 特 征 定 義 顏 色 特 征 顏 色 特 征 定 義 R 圖 像 紅 光 值 Imageofredvalue 2G R B 過 綠 指 標 Overgreenindicator G 圖 像 綠 光 值 Imageofgreenvalue 2g r b 歸 一 化 過 綠 指 標 Normalizedovergreenindicator B 圖 像 藍 光 值 Imageofbluevalue G B G B 綠 光 與 藍 光 差 值 占 綠 光 與 藍 光 之 和 的 比 例 Ratioofsubtractiongreenandbluetothesumofgreenandblue R 紅 光 標 準 化 值 Redstandardization G R G B 綠 光 與 紅 光 差 值 占 綠 光 與 藍 光 之 和 的 比 例 Ratioofsubtractiongreenandredtothesumofgreenandblue G 綠 光 標 準 化 值 Greenstandardization g r 綠 光 與 紅 光 的 差 值 在 圖 像 中 所 占 的 比 例 Ratioofthesubtractiongreenandredintheimage B 藍 光 標 準 化 值 Bluestandardization g b 綠 光 與 藍 光 的 差 值 在 圖 像 中 所 占 的 比 例 Ratioofthesubtractiongreenandblueintheimage G R 綠 光 與 紅 光 的 差 值 Subtractionofgreenandred r b 紅 光 與 藍 光 的 差 值 在 圖 像 中 所 占 的 比 例 Ratioofthesubtractiongreenandblueintheimage 0 3第8 期 符 凱 娟 等 基 于 圖 像 特 征 的 草 莓 葉 片 含 水 率 檢 測 模 型 續(xù) 表1 顏 色 特 征 顏 色 特 征 定 義 顏 色 特 征 顏 色 特 征 定 義 G B 綠 光 與 藍 光 的 差 值 Subtractionofgreenandblue r b 紅 光 標 準 化 值 與 藍 光 標 準 化 值 的 比 值 Ratioofrednormalizedvaluetobluenormalizedvalue R B 紅 光 與 藍 光 的 差 值 Subtractionofredandblue b g 藍 光 標 準 化 值 與 綠 光 標 準 化 值 的 比 值 Ratioofbluenormalizedvaluetogreennormalizedvalue G R 綠 光 與 紅 光 的 比 值 Ratioofgreentored G R B 綠 光 與 紅 光 差 值 占 藍 光 的 比 值 Ratioofsubtractiongreenandredtoblue G B 綠 光 與 藍 光 的 比 值 Ratioofgreentoblue V 圖 像 明 亮 程 度 Degreeofimagebrightness G R B 綠 光 與 紅 光 和 藍 光 之 和 的 比 值 Ratioofgreentothesumofredandblue S 圖 像 飽 和 度 大 小 Imagesaturationsize R G B 紅 光 與 綠 光 和 藍 光 之 和 的 比 值 Ratioofredtothesumofgreenandblue H 圖 像 色 調 大 小 Imagehuesize B R G 藍 光 和 紅 光 與 綠 光 之 和 的 比 值 Ratioofbluetothesumofredandgreen L 色 彩 亮 度 Colorbrightness G R B G 綠 光 與 紅 光 差 值 占 藍 光 與 綠 光 差 值 的 比 例 Ratioofthesubtractiongreenandred tothesubtractionblueandgreen a 圖 像 色 彩 從 洋 紅 色 至 綠 色 的 范 圍 Imagecolorrangefrommagentatogreen G B G R 綠 光 與 藍 光 差 值 占 綠 光 與 紅 光 差 值 的 比 例 Ratioofthesubtractiongreenandblue tothesubtractiongreenandred b 圖 像 色 彩 從 黃 色 至 藍 色 的 范 圍 Imagecolorrangefromyellowtoblue 表2 葉 片 顏 色 特 征 與 葉 片 含 水 率 的 關 系 顏 色 特 征 R R 2 標 準 誤 差 顏 色 特 征 R R 2 標 準 誤 差 10 2 G R B G 0 769 0 592 1 711 g r 0 474 0 224 2 359 G R 0 743 0 552 1 792 G B G B 0 470 0 221 2 364 R B 0 639 0 408 2 061 b 0 468 0 219 2 367 r 0 638 0 407 2 062 g b 0 451 0 203 2 391 L 0 636 0 404 2 068 r b 0 434 0 189 2 413 R G B 0 633 0 400 2 075 G B 0 399 0 159 2 456 G R 0 590 0 348 2 164 G B 0 394 0 155 2 462 G B G R 0 589 0 347 2 165 G R G B 0 378 0 143 2 480 H 0 560 0 314 2 219 G R B 0 346 0 120 2 512 S 0 555 0 308 2 229 g 0 346 0 120 2 513 r b 0 552 0 305 2 233 2g r b 0 346 0 120 2 513 B R G 0 513 0 263 2 299 R 0 325 0 106 2 533 b 0 503 0 253 2 315 a 0 214 0 046 2 617 G 0 499 0 249 2 322 G R B 0 179 0 032 2 635 B 0 494 0 244 2 330 V 0 169 0 029 2 640 b g 0 485 0 235 2 342 2G R B 0 029 0 001 2 677 注 列 表 中R 為 相 關 系 數 R 2 是 相 關 系 數R 的 平 方 1 3林 業(yè) 機 械 與 木 工 設 備 第48 卷 由 表2 可 知 在 這32 種 顏 色 特 征 中 RGB 顏 色 模 型 的 G R B G G R R B r R G B 和L a b 顏 色 模 型 的L 與 葉 片 含 水 率 之 間 具 有 顯 著 的 線 性 相 關 性 特 征 G R B G 在 顯 著 性 水 平0 01 時 達 到 了 極 顯 著 性 檢 驗 水 平 相 關 系 數 為 0 769 G R B G 的 校 正 測 定 系 數 為0 541 表 明 特 征 G R B G 能 說 明 葉 片 含 水 率 的 54 1 而 其 余45 9 需 要 其 他 特 征 來 解 釋 對 與 葉 片 含 水 率 相 關 性 較 高 的 特 征 G R B G G R R B r R G B L 做 進 一 步 方 差 分 析 見 表3 由 表3 分 析 結 果 可 知 在 這6 種 顏 色 特 征 中 特 征 G R B G 的F 值 最 大 其 顯 著 性p 小 于 0 01 所 以 特 征 G R B G 對 葉 片 含 水 率 有 非 常 顯 著 的 影 響 即 可 用 特 征 G R B G 來 建 立 葉 片 含 水 率 預 測 模 型 2 2 葉 片 含 水 率 與 葉 面 積 的 相 關 性 分 析 本 文 主 要 分 析 第2 組 葉 片 投 影 面 積S 與 葉 片 含 水 率 之 間 的 關 系 變 化 趨 勢 如 圖1 所 示 在 花 盆 有 充 足 水 分 的 情 況 下 S 幾 乎 沒 有 變 化 其 后 隨 著 水 分 流 失 S 開 始 逐 漸 減 小 S 與 葉 片 含 水 率 的 回 歸 結 果 見 表4 p 0 01 0 05 且 相 關 系 數 達0 766 顯 示S 與 葉 片 含 水 率 之 間 具 有 顯 著 的 相 關 性 2 3 葉 片 含 水 率 與 葉 片 顏 色 特 征 和 葉 面 積 的 雙 變 量 相 關 性 分 析 使 用 同 樣 的 方 法 對 葉 片 顏 色 特 征 和S 與 葉 片 含 水 率 之 間 的 關 系 進 行 雙 變 量 回 歸 分 析 發(fā) 現(xiàn) 這32 種 顏 色 特 征 和S 與 葉 片 含 水 率 之 間 的 關 系 相 關 有23 種 組 合 特 征 與 葉 片 含 水 率 之 間 的 關 系 密 切 相 關 見 表5 表3 顏 色 特 征 與 葉 片 含 水 率 方 差 分 析 顏 色 特 征 SSR 10 3 MSE 10 3 F p 顏 色 特 征 SSR 10 3 MSE 10 3 F p G R B G 3 398 0 293 11 611 0 009 r 2 338 0 425 5 500 0 047 G R 3 170 0 321 9 871 0 014 R B 2 342 0 424 5 516 0 047 R G B 2 297 0 430 5 338 0 050 L 2 319 0 428 5 423 0 048 注 SSR 為 回 歸 平 方 和 MSE 為 剩 余 均 方 差 F 是F 檢 驗 值 p 是 顯 著 性 值 表4 葉 片 面 積 和 葉 片 含 水 率 相 關 性 分 析 特 征 R R 2 標 準 誤 差 10 2 SSR 10 3 MSE 10 3 F p S 0 766 0 587 1 722 3 368 0 297 11 357 0 010 表5 顏 色 特 征 和 葉 面 積 與 葉 片 含 水 率 的 關 系 特 征 R R 2 標 準 誤 差 10 2 特 征 R R 2 標 準 誤 差 10 2 G S 0 916 0 839 1 149 b S 0 894 0 798 1 286 B S 0 911 0 831 1 178 S S 0 891 0 795 1 298 H S 0 908 0 824 1 200 V S 0 891 0 793 1 302 G R B G S 0 904 0 818 1 222 g b S 0 889 0 791 1 310 R S 0 904 0 817 1 226 G B G B S 0 888 0 789 1 315 r S 0 901 0 811 1 245 b S 0 886 0 786 1 326 B R G S 0 898 0 807 1 257 2g r b S 0 879 0 772 1 367 R G B S 0 897 0 805 1 263 g S 0 879 0 772 1 367 r b S 0 897 0 805 1 266 G R B S 0 875 0 766 1 385 b g S 0 896 0 803 1 272 G R S 0 860 0 740 1 461 R B S 0 896 0 802 1 273 G B S 0 859 0 737 1 468 L S 0 895 0 801 1 277 2 3第8 期 符 凱 娟 等 基 于 圖 像 特 征 的 草 莓 葉 片 含 水 率 檢 測 模 型 3 葉 片 含 水 率 模 型 與 驗 證 3 1 葉 片 含 水 率 預 測 模 型 的 建 立 通 過 葉 片 含 水 率 與32 種 顏 色 特 征 以 及 葉 片 投 影 面 積S 的 相 關 性 分 析 可 知 在 單 變 量 回 歸 分 析 中 顏 色 特 征 G R B G 與 葉 片 含 水 率 的 關 系 最 為 顯 著 S 次 之 相 關 系 數R 分 別 為0 769 0 766 而 在 雙 變 量 回 歸 分 析 中 顯 示 顏 色 特 征G B H 和S 與 葉 片 含 水 率 相 關 性 最 為 顯 著 決 定 系 數R 2 分 別 為 0 839 0 831 0 824 本 試 驗 對 顏 色 特 征 G R B G 和S 分 別 建 立 單 變 量 葉 片 水 分 預 測 模 型 以 及 對G S B S 建 立 了 雙 變 量 葉 片 水 分 預 測 模 型 特 征 G R B G S 與 葉 片 含 水 率 之 間 的 散 點 圖 分 別 如 圖5 圖6 所 示 回 歸 方 程 分 別 見 式 1 式 2 圖5 特 征 G R B G 與 葉 片 含 水 率 線 性 擬 合 圖6 葉 面 積 與 葉 片 含 水 率 線 性 擬 合 y 1 0 081x G R B G 0 640 1 y 2 0 272x S 0 468 2 由G S B S 與 葉 片 含 水 率 的 回 歸 分 析 建 立 的 雙 變 量 葉 片 水 分 預 測 模 型 分 別 為 式 3 和 式 4 y 3 0 273x S 0 155x G 0 311 3 y 4 0 272x S 0 054x B 0 417 4 3 2 模 型 檢 驗 對 建 立 的 草 莓 葉 片 含 水 率 預 測 模 型 進 行 精 度 檢 驗 檢 驗 樣 本 為 驗 證 組 的10 個 數 據 檢 驗 結 果 見 表6 表6 回 歸 模 型 檢 驗 葉 片 含 水 預 測 模 型 均 方 根 誤 差 平 均 相 對 誤 差 擬 合 度 y 1 0 105 0 140 0 670 y 2 0 022 0 001 0 629 y 3 0 016 0 118 0 756 y 4 0 017 0 018 0 805 由 表6 可 知 雙 變 量 預 測 模 型 相 比 于 單 變 量 預 測 模 型 預 測 效 果 好 其 中 特 征B S 雙 變 量 的 葉 片 含 水 率 預 測 模 型 的 預 測 效 果 最 好 擬 合 度 達0 805 且 平 均 相 對 誤 差 和 均 方 根 誤 差 值 均 小 于10 因 此 可 推 薦 以 特 征B S 作 為 草 莓 葉 片 水 分 含 量 的 最 佳 預 測 模 型 4 結 論 植 物 在 生 長 過 程 中 普 遍 存 在 逆 境 生 長 而 水 分 缺 乏 是 反 應 逆 境 生 長 的 一 種 形 式 合 理 的 含 水 量 在 植 被 功 能 等 方 面 同 樣 發(fā) 揮 著 重 要 作 用 解 決 好 水 分 缺 乏 的 問 題 就 是 解 決 了 植 物 光 合 作 用 等 一 系 列 問 題 22 24 快 速 無 損 有 效 地 檢 測 草 莓 的 生 長 狀 況 是 現(xiàn) 代 精 細 管 理 的 基 礎 草 莓 葉 片 含 水 率 能 夠 直 觀 地 反 映 出 草 莓 苗 的 生 長 以 及 草 莓 果 實 的 成 長 情 況 為 快 速 檢 測 并 診 斷 草 莓 的 生 長 情 況 本 文 獲 取 草 莓 葉 片 圖 像 并 測 量 草 莓 葉 片 含 水 率 分 析 了 圖 像RGB 顏 色 模 型 HSV 顏 色 模 型 和L a b 顏 色 模 型 下 的 多 種 顏 色 特 征 以 及 葉 片 投 影 面 積 與 葉 片 含 水 率 之 間 的 關 系 得 出 如 下 結 論 1 草