拟南芥叶片面积检测系统的设计与实现

摘要

在应用拟南芥为研究材料的植物生理学研究中，经常需要对经过拟南芥种子进行培育，并连续观察和检测其生长情况。在空间生物学效应研究中，由于卫星或飞船的生物叠技术所能搭载的拟南芥种子数量有限，所以经过空间辐射后的拟南芥种子极为珍贵。被空间射线辐射过的种子经过地面特定环境的培育，生成幼苗。在相关的生物学实验中，需要对幼苗进行连续性观察，叶片的面积数据对于后期数据的分析尤为重要。为了满足在不损坏拟南芥植株的前提下，对其进行连续性生长的观察实验，本文开发了一个可以自动获取拟南芥叶片数据的软件系统。
　　该软件系统的开发工具是Visual Studio2010。由于该系统用到了很多数字图像处理方面的技术，所以软件中的功能模块采用了在.NET平台下封装了的OpenCV图像处理库，即Emgu外部库。软件系统首先需要对拟南芥植株进行图像采集，然后从整个拟南芥植株图像中分离出植株图像并截取单叶片图像，同时解决重叠叶片的问题，最后计算出每个叶片的面积数据。本软件系统主要运用YUV颜色空间转换方法从复杂的背景中提取出拟南芥植株。利用形态学图像处理方法和Sobel边缘检测算法，进行单叶片的提取。在提取叶片时会出现重叠叶片的情况，这时需要对分割下的叶片分别进行Otsu和Sobel算法的分割和边缘检测，之后对两种结果取几何与操作，得到叶片的完整轮廓，最终获得完整单叶片的面积数据。
　　实验结果表明，该软件可以有效的排除复杂背景的影响，提取出拟南芥植株，并且能够有效的分离出单叶片，测量出叶片面积。该软件处理速度快，效率高，移植性好，具有良好的实用价值。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的背景及意义

1．2 传统叶片面积测量方法

1．3 图像处理技术中的叶片面积测量方法

1．3．1 数字图像处理技术概述

1．3．2 数字图像处理技术测量叶片面积

1．4 国内外研究现状

1．4．1 国内研究现状

1．4．2 国外研究现状

1．5 研究意义、目标及内容

1．5．1 研究意义

1．5．2 研究目标

1．5．3 研究内容

1．6 本章小结

第2章 系统分析与设计

2．1 软件开发概要

2．2 软件体系结构

2．3 系统需求及功能设计

2．4 本章小结

第3章 颜色空间变换

3．1 颜色空间的概念

3．2 颜色空间种类

3．2．1 RGB颜色空间

3．2．2 CMYK颜色空间

3．2．3 YUV颜色空间

3．2．4 CIEL*a*b颜色空间

3．3 RGB与YUV颜色空间转换

3．4 本章小结

第4章 图像分割

4．1 基于阈值的分割方法

4．2 基于区域的分割方法

4．3 基于边缘的分割方法

4．3．1 Sobel算子

4．3．2 Canny算子

4．3．3 Laplace算子

4．3．4 Prewitt算子

4．3．5 几种算子的实验结果比较

4．4 基于数学形态的分割方法

4．5 Otsu与Sobel的几何与运算

4．5．1 Otsu算法的基本原理

4．5．2 Otsu算法与Sobel算法的实验结果

4．6 本章小结

第5章 系统实现

5．1 系统实现平台及条件

5．2 系统实现组织结构

5．3 系统实现结果

5．3．1 系统界面

5．3．2 系统的图像显示模块

5．3．3 系统的图像处理功能模块

5．3．4 系统的数据存储模块

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

作者简介