D0L:10.133745.issn1001-053x.2012.08.019 第34卷第8期 北京科技大学学报 Vol.34 No.8 2012年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.2012 基于小波变换的自适应阀值植物根系图像边缘检测 宋文龙” 闵昆龙” 邢 奕)四张 瑜” 1)东北林业大学机电工程学院，哈尔滨1500402)北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083 ☒通信作者，E-mail:xingyi@usth.cdu.cn 摘要植物根系的生长状况可以反映该地区的气候及土壤特性，现有的根系研究方法如挖掘法、整段标本法和剖面法，都 有破坏样本和工作量大等缺点.为了实时跟踪植物根系生长状况，介绍了一种基于多尺度小波变换和自适应阀值的图像处理 方法，对采用内窥方法获得的根系图像进行边缘检测，并将边缘提取后的图像进行融合·此方法可以在不损伤植物根系的前 提下自动对根系的生长情况进行提取分析，实现实时采集及精确测量根系的物理参数. 关键词植物根系：图像处理：边缘检测：小波变换：自适应阀值；内窥方法 分类号TP751.1 Roots image edge detection based on adaptive thresholds and wavelet transforms SONG Wen-ong,MIN Kun-ong,XING Yi),ZHANG Yu) 1)College of Mechanical and Electrical Engineering,Northeast Forestry University,Harbin 150040,China 2)School of Evil and Environmental Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:xingyi@ustb.edu.en ABSTRACT The root's growing condition can reflect the climatic characteristics and soil status.Existing methods such as excava- tion,monolith and bisection will destroy the sample and have too much work to do.To track the root's growing addition in real time, this paper introduced a method based on adaptive thresholds and multiscale wavelet transforms,by which we can detect the edge of a root's image that obtained by endoscopy and then mosaic the images extracted from the edge.The method analyses the growing condition of the root automatically without any destroying.Through this system,we can acquire real-time collection and accurately measure the root's physical parameters. KEY WORDS plant roots;image processing:edge detection:wavelet transforms:adaptive thresholds:endoscopy 根系作为植物的基本特征之一，由于其长期生 系进行定性观察和定量测量，并构建出根系的形态 长在地下，所以目前对它的研究落后于植物学家对 对农业科研等领域具有重要意义.同样该研究方法 植物地面以上的各个器官的研究.正是由于根系生 对根土相互物理作用的机理，对土壤侵蚀防治、边坡 长在土里，所以可以通过根系的壮弱情况来反映植 治理和造林优化设计、固土作用及其与坡面土体稳 物生长地区土壤的化学和物理特性等.研究根系的 定性关系的根系力学研究提供一定的理论依据.本 生长状况还可以了解植物生长地区的降水、温湿度 文正是鉴于这种背景而提出的，在文中提出了一种 等气候信息.因此通过使用内窥镜技术对植物根系 基于自适应阀值的多尺度小波变换方法的植物根系 图像进行采集和借助于数字图像处理技术对植物根 图像特征提取算法. 收稿日期：201106-13 基金项目：国家自然科学基金资助项目(30972424/C0414):中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(DL12DB05);新世纪优秀人才支持计 划资助第 34 卷 第 8 期 2012 年 8 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 34 No． 8 Aug． 2012 基于小波变换的自适应阀值植物根系图像边缘检测 宋文龙1) 闵昆龙1) 邢 奕2) ! 张 瑜1) 1) 东北林业大学机电工程学院，哈尔滨 150040 2) 北京科技大学土木与环境工程学院，北京 100083 !通信作者，E-mail: xingyi@ ustb． edu． cn 摘 要 植物根系的生长状况可以反映该地区的气候及土壤特性，现有的根系研究方法如挖掘法、整段标本法和剖面法，都 有破坏样本和工作量大等缺点． 为了实时跟踪植物根系生长状况，介绍了一种基于多尺度小波变换和自适应阀值的图像处理 方法，对采用内窥方法获得的根系图像进行边缘检测，并将边缘提取后的图像进行融合． 此方法可以在不损伤植物根系的前 提下自动对根系的生长情况进行提取分析，实现实时采集及精确测量根系的物理参数． 关键词 植物根系; 图像处理; 边缘检测; 小波变换; 自适应阀值; 内窥方法 分类号 TP751． 1 Roots image edge detection based on adaptive thresholds and wavelet transforms SONG Wen-long1) ，MIN Kun-long1) ，XING Yi 2) ! ，ZHANG Yu1) 1) College of Mechanical and Electrical Engineering，Northeast Forestry University，Harbin 150040，China 2) School of Evil and Environmental Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China !Corresponding author，E-mail: xingyi@ ustb． edu． cn ABSTRACT The root's growing condition can reflect the climatic characteristics and soil status． Existing methods such as excava￾tion，monolith and bisection will destroy the sample and have too much work to do． To track the root's growing addition in real time， this paper introduced a method based on adaptive thresholds and multiscale wavelet transforms，by which we can detect the edge of a root's image that obtained by endoscopy and then mosaic the images extracted from the edge． The method analyses the growing condition of the root automatically without any destroying． Through this system，we can acquire real-time collection and accurately measure the root's physical parameters． KEY WORDS plant roots; image processing; edge detection; wavelet transforms; adaptive thresholds; endoscopy 收稿日期: 2011--06--13 基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 30972424 /C0414) ; 中央高校基本科研业务费专项资金资助项目( DL12DB05) ; 新世纪优秀人才支持计 划资助 根系作为植物的基本特征之一，由于其长期生 长在地下，所以目前对它的研究落后于植物学家对 植物地面以上的各个器官的研究． 正是由于根系生 长在土里，所以可以通过根系的壮弱情况来反映植 物生长地区土壤的化学和物理特性等． 研究根系的 生长状况还可以了解植物生长地区的降水、温湿度 等气候信息． 因此通过使用内窥镜技术对植物根系 图像进行采集和借助于数字图像处理技术对植物根 系进行定性观察和定量测量，并构建出根系的形态 对农业科研等领域具有重要意义． 同样该研究方法 对根土相互物理作用的机理，对土壤侵蚀防治、边坡 治理和造林优化设计、固土作用及其与坡面土体稳 定性关系的根系力学研究提供一定的理论依据． 本 文正是鉴于这种背景而提出的，在文中提出了一种 基于自适应阀值的多尺度小波变换方法的植物根系 图像特征提取算法． DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2012.08.019