收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于核磁共振成像技术的作物根系原位无损检测研究

张建锋  
【摘要】:植物生长信息的获取和生长状况诊断是实施精准农业技术的一个重要环节。根系是植物在生命进化过程中适应陆地生活而逐步形成的一个重要器官,植物对水分和养分的吸收利用能力与根系在土壤中的空间分布状况密切相关。根系的空间分布状况显著影响植物对水分养分的吸收利用效率、碳源分配及植物自身适应环境胁迫等其他重要生理功能。此外,根系也表现出一定的塑性,土壤资源异质等外部环境条件可以对根系形态分布产生影响。因此,弄清根系与周围生长介质土壤之间的相互作用规律也就显得尤为重要。然而,土壤介质的非透明性以及植物根系统自身形态结构的复杂性使得根系研究十分困难,远不能满足现代根系生物学的研究需求。本论文以玉米作为主要研究对象,应用核磁共振成像、数字图像处理技术和计算机图形学技术,建立了一套玉米根系形态构型信息的识别获取方法,包括根系核磁共振试验最佳条件的建立,根系模型的三维交互式测量及其形态构型参数的定量分析,完成了多梯度氮、磷胁迫下根系形态构型的定量分析,实现了玉米根系形态构型的原位无损检测。主要研究内容和创新性成果如下: (1)建立了根系核磁共振成像的最佳试验条件,围绕作物根系核磁共振研究的几个基本问题展开研究,从生长介质、根系类型以及磁共振成像参数三个方面,对影响根系核磁共振成像的多个因素进行分析研究。分析总结影响根系磁共振成像质量的因素,交叉组合影响因素制备出21个根系试验样本,进行根系核磁共振成像试验。根系核磁共振成像的最佳条件是:3.0T主磁场强度+根系+普通壤土+35%土壤体积含水率。 (2)研究了多种基于轮廓波变换理论的图像去噪算法。对于弱噪声的根系核磁共振图像,小波去噪算法和轮廓波去噪算法都取得了较好的去噪效果,其PSNR均大于88,较好的保留了图像中的有效信息。对于强噪声的根系核磁共振图像,小波去噪算法和轮廓波去噪算法的去噪效果都出现不同程度的下降,其PSNR下降到82左右。试验结果表明,基于轮廓波变换理论的图像去噪算法优于相应小波算法,根系核磁共振图像的细节特征保留较好。虽然小波去噪算法的整体平滑性较好,但根系的边缘细节被模糊化,直径值较小的根系目标被减弱或消除掉,出现局部失真现象。 (3)提出了一种基于作物根系统自身空间几何结构特性的三维图像分割算法。依据根系核磁共振序列图像之间,尤其是上下相邻的连续根系核磁共振序列图像之间的分枝根灰度数据属性以及分枝根空间属性都呈现出规律性变化的特性,构造出根系核磁共振序列图像三维分割的约束条件。从作物根系的根茎层出发,采用逐层递推的分割思路,在根系模糊分割的基础上,设计了基于根系统几何特征的综合图像分割方法,清除各层图像中非根轴区域的伪根系成像,从而实现根系核磁共振序列图像的三维精确分割。对65幅连续根系核磁共振序列图像的试验结果表明,本文提出的基于作物根系统自身空间几何结构特性的三维图像分割算法能够实现根系核磁共振序列图像的三维精确分割。对65幅根系核磁共振序列成像总体分割效果较好,除了16#、22#、29#系核磁共振成像切片之外,其他根系核磁共振成像切片的在根系像素损失率Lop和面积误差率EoA平均值分别处于4.1%和1.6%左右。 (4)提出了新的根系构型评价体系,实现了对作物根系统三维空间构型的全面定量描述。对3个氮梯度、3个磷梯度胁迫下的玉米植株展开研究,运用可视化技术实现了根系的原位无损检测,采用所构建的根系构型参数评价体系进行定量分析。研究结果表明,高氮肥处理的玉米根系统在根系构型中表现出根系分布浅,根系总量低,分支根空间分布均匀等特点。对于根系平均水平角,各梯度氮胁迫下的根系样本之间差异不大,其根系平均水平角值处于42.29°~47.68°之间。对于磷胁迫处理,高磷肥处理的玉米根系统在根系构型中表现出根系分布浅,分支根多,根系总量高等特点。而低磷、低氮胁迫处理结果相类似,根系形态构型表现为大量的光合作用产物用于了根系伸长和扩展。在多梯度磷胁迫情况下,玉米根系平均水平角之间差异显著。在高磷胁迫下,玉米根系平均水平角值处于48.620左右。而低磷胁迫情况下,根系平均水平角则达到59.720左右。 上述研究成果实现了对苗期玉米根系构型信息的原位无损获取,为进一步制定合理的玉米水肥灌溉策略提供技术支持,对于提高玉米栽培过程中的水肥利用效率具有十分重要的实际意义。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 张建锋;何勇;王南飞;吴迪;龚向阳;;基于核磁共振成像的农产品几何模型重构[J];农业工程学报;2012年21期
2 陈晓光,聂在平,聂小春;核磁共振成像装置磁场的数值模拟[J];电子科技大学学报;1995年04期
3 陈倩倩;杨虹;赵鹏;;基于FPGA的超导MRI的B_0涡流补偿算法[J];微型机与应用;2013年12期
4 吉永星,俎栋林,包尚联;CT机和核磁共振成像(MRI)机之间的比较研究[J];CT理论与应用研究;2000年03期
5 吉强;;MR“部分饱和”技术中T_R的最佳值的选取及其相应的最佳对比象[J];医学物理;1991年Z1期
6 ;健康·新知[J];新闻周刊;2003年47期
7 ;[J];;年期
8 ;[J];;年期
9 ;[J];;年期
10 ;[J];;年期
11 ;[J];;年期
12 ;[J];;年期
13 ;[J];;年期
14 ;[J];;年期
15 ;[J];;年期
16 ;[J];;年期
17 ;[J];;年期
18 ;[J];;年期
19 ;[J];;年期
20 ;[J];;年期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 董键;;核磁共振成像公式与教学重点[A];第六届全国高等学校物理实验教学研讨会论文集(下册)[C];2010年
2 滕永波;段瑞平;李婧一;李基臣;朱翠玲;;核磁共振成像的质量控制[A];中国生物医学工程学会第六次会员代表大会暨学术会议论文摘要汇编[C];2004年
3 李陕生;曹艳清;;湖北省核磁共振成像装置配置及颁布状况[A];中国生物医学工程学会第六次会员代表大会暨学术会议论文摘要汇编[C];2004年
4 秦伟;沈伊民;吴泰琉;王力平;孙尧俊;邵倩芬;费伦;;核磁共振成像——一种研究溶剂在材料中扩散的新方法[A];第七届全国波谱学学术会议论文摘要集[C];1992年
5 冯义濂;;核磁共振成像20年[A];第八届全国波谱学学术会议论文摘要集[C];1994年
6 蒋兰兰;宋永臣;杨明军;;多孔介质内流体流动的核磁共振成像实验研究[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年
7 谢寰彤;;在小型核磁共振中实现谱成像(MRSI)[A];第十五届全国波谱学学术会议论文摘要集[C];2008年
8 张立琦;谢海滨;邬学文;;核磁共振成像中半程扫描技术的研究[A];第十届全国波谱学学术会议论文摘要集[C];1998年
9 崔向军;余成新;陆蓬;侯晓强;潘蕾;;近端指间关节周围胶原沉积症的手核磁共振成像特征[A];全国自身免疫性疾病专题研讨会暨第十一次全国风湿病学学术年会论文汇编[C];2006年
10 晏小龙;谢海滨;边明华;李鲠颖;;通用的微成像系统[A];第十一届全国波谱学学术会议论文摘要集[C];2000年
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 冯锡钢;脑功能核磁共振成像的质量控制研究[D];第一军医大学;2005年
2 李家;面部触觉及热刺激痛的功能性核磁共振成像研究[D];中国人民解放军军医进修学院;2006年
3 张建锋;基于核磁共振成像技术的作物根系原位无损检测研究[D];浙江大学;2014年
4 周水琴;基于核磁共振成像的梨果品质无损检测方法研究[D];浙江大学;2013年
5 耿隽超;影像学监测动脉粥样硬化他汀抗炎治疗的实验研究[D];浙江大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 陈彦如;超快速核磁共振成像(Ultrafast MR Imaging)在阻塞性睡眠呼吸暂停综合征阻塞部位判定中的临床意义[D];青岛大学;2001年
2 赖再兴;核磁共振成像谱仪射频收发系统的研制[D];东北大学 ;2009年
3 徐志坚;核磁共振成像仪器技术研究[D];华东师范大学;2006年
4 郝贵峰;与识别声音熟悉性和语言熟悉性有关脑区的功能核磁共振成像研究[D];南京医科大学;2006年
5 郝楠;不同口腔金属材料对核磁共振成像的影响[D];广西医科大学;2013年
6 陈诚;核磁共振成像在肛瘘诊断中的临床应用价值研究[D];南京中医药大学;2010年
7 孙献静;核磁共振成像主磁体极靴形状优化[D];沈阳工业大学;2003年
8 张书海;集核磁共振成像与光热治疗于一体的硫化铜纳米粒子的研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
9 俞兵;事件相关fMRI及其数据处理[D];首都师范大学;2002年
10 王芸;图形化核磁共振成像序列开发平台的研究与实现[D];华中师范大学;2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 李文;美推出扫描能力最强的MR设备[N];中国医药报;2008年
2 本报记者 张强;走好,“核磁共振成像技术之父”[N];科技日报;2007年
3 本报记者 张梦然;科学拒绝“例行公事”[N];科技日报;2008年
4 记者 程瑞华;帮企业做大市场[N];金融时报;2011年
5 张忠霞;华人科学家研发成功氦气弥散核磁共振成像技术[N];大众科技报;2008年
6 ;核磁共振成像将体内看得一清二楚[N];大众卫生报;2003年
7 科讯;我国引进首台7T核磁共振仪[N];中国医药报;2010年
8 龚畅;核磁共振成像及其在石油工业中的应用[N];中国石油报;2003年
9 郑维东;医学分子影像设备新进展[N];国际商报;2002年
10 房琳琳;“高敏感”大脑对他人情绪更敏感[N];科技日报;2014年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978