融合图像处理技术的主动式诱导叶绿素荧光特性的研究

摘要

对叶绿素荧光特性的研究是近几年来环境监测研究中的热点之一，它可以快速和灵敏地反映植株光合作用的真实行为，了解植物的生长、病害及受胁迫等生理状况，因而对植物环境的研究有着重要的意义。本文融合图像处理技术、主动式诱导荧光技术和叶绿素荧光分析法，实现了对植物叶片叶绿素荧光的采集及其特性的探讨。本文主要论述了以下几个部分。
　　 针对叶绿素荧光的特性，以有效地获取叶片叶绿素荧光光谱和荧光图像为目的，探讨并搭建了对植物叶片叶绿素荧光探测的硬件系统，同时通过实验比较了不同激发光源以及同一光源不同方向的照射情况下采集到的叶绿素荧光之间的区别，并且验证了叶绿素荧光光谱和图像信息的正确性。
　　 详细地介绍了叶绿素荧光光谱和图像数据处理的参考理论和方法，提取和分析了多种植物叶片的叶绿素荧光参数F740/F685和荧光图像灰度均值的变化情况，并描述了其叶绿素荧光特性。为了实现对植物叶片的长期观测，建立了开放式的数据库存取得到的叶绿素荧光信息。
　　 观察实验结果表明：叶绿素荧光参数F740/F685与叶绿素含量线性相关这一关系的成立是有特定的条件的；可以利用荧光参数F740/F685值来判断同种被测植物叶片的颜色状态；叶片在脱水后四到五天内的光合作用基本正常，对于已经测量过的植物，可参考已测数据来推断植物是否处于缺水状态。
　　 本文实现了对叶绿素荧光特性的应用基础研究，并为进一步研究各种环境状态的改变对植物叶绿素荧光特性的影响提供了技术参考，为反演植物环境状况提供了建立数学模型的基本信息。

目录

声明

摘要

1 绪论

1.1 引言

1.2 国内外研究现状

1.2.1 主动诱导荧光技术

1.2.2 图像采集与数据处理

1.2.3 叶绿素荧光分析法

1.3 课题特点和意义

1.4 课题研究的目的和内容

2 前期实验研究

2.1 基本原理

2.2 实验设备

2.2.1 光纤光谱分析仪

2.2.2 355nm激光器

2.2.3 532nm激光器

2.3 不同光源对植物叶片荧光谱的验证和比较

2.3.1 355nm和532nm激光对植物叶片荧光的诱导

2.3.2 实验结果分析和比较

2.4 本章小结

3 融合图像处理的主动式诱导植物叶绿素荧光探测系统设计

3.1 激发光源

3.1.1 激发光源的使用要求

3.1.2 激发光源的分类

3.1.3 激发光源的选择

3.2 图像传感器

3.2.1 图像传感器的使用要求

3.2.2 图像传感器的分类

3.2.3 图像传感器的选择

3.3 准直扩束器

3.3.1 准直扩束的原理

3.3.2 准直扩束系统的种类和选择

3.4 滤光片的选择

3.5 数据库的建立

3.6 本章小结

4 植物叶绿素荧光光谱数据的采集和处理

4.1 荧光光谱采集系统

4.1.1 不同LED光源的比较

4.1.2 光谱仪

4.2 荧光光谱的验证

4.3 荧光光谱数据的处理和分析

4.3.1 参考理论

4.3.2 数据处理方法

4.3.3 同类叶片光谱数据处理和分析

4.3.4 不同类叶片光谱数据处理和分析

4.4 本章小结

5 植物叶绿素荧光图像数据的采集和处理

5.1 荧光图像采集系统

5.1.1 CMOS图像传感器的调节设置

5.1.2 LED光源不同位置的比较

5.2 荧光图像的验证

5.3 荧光圈像数据处理系统

5.3.1 图像增强

5.3.2 提取叶绿素荧光特征信息

5.3.3 图像处理结果分析和讨论

5.4 355nm激光诱导的叶绿素荧光图像

5.4.1系统介绍

5.4.2 不同激发光源荧光图像对比

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 本文研究工作结论

6.2 展望

7 致谢

8 参考文献