[发明专利]一种测量植物根系空间分布的方法和系统

说明书

本发明涉及植物根系空间分布技术领域，更具体地，涉及一种测量植物根系空间分布的方法和测量系统，对原始根系视频资料进行图像分割，利用投票原理确定原植物根系骨架点所属的空间范围；利用投票原理在图像中检测根系点，并利用椭圆方程计算椭圆中心纵坐标；利用椭圆中心纵坐标值确定原始根系在生长介质的不同水平层的位置，根据椭圆长半轴方向端点坐标，所处的方向确定根系在生长介质的不同水平区域方向的位置。本发明根据得到原始根系的比例数据，利用该比例数据可量化植物根系形态、构型的三维参数和进行原位及动态观察，为根系生物学、植物营养学、植物生理学及植物生长计算机仿真等学科领域的科学研究提供便利。

技术领域

本发明涉及植物根系空间分布技术领域，更具体地，涉及一种测量植物根系空间分布的方法和系统。

背景技术

农作物产量受光照、水分、土壤营养、品种等因素的影响，在一定的光照环境和土壤条件下，如何选择最佳品种以及如何最优种植是农学家研究的重要方向。作物根系特征是决定作物品种优劣的主要因素，研究表明：同类作物的不同品种的根(毛根除外)的总长基本是相等的，但它们在空间的分布比例确是差距甚大的，因此测量植物根长空间分布比例(即根系拓扑结构)的作用就是量化植物品种的优劣因素。

为了培育适合不同土壤结构的最优品种(单产量最高)，在精确测定磷肥在不同土壤层的分布状况后，根据根构型的非对称性分布差异和不同土壤层磷吸收率之间的数量关系，计算适合该种土壤结构的最优非对称分布的根构型，从而获得最佳的经济效益。又如，对于未来的现代化农作物耕作，为了在土地面积有限的情况获得最大的经济效益，需要进行合理的间种套种。这就需要对不同作物或不同品种的非对称分布进行合理的搭配和交叉种植，以便高效地吸收各处的磷养分。此外，还有一个问题就是磷肥挥发流失较快，磷肥的流失不仅是对价格日趋飞涨的磷肥资源的浪费而且是磷肥流失到河、湖及海里，除助长大量有害植物外，其磷毒还直接造成对水中生物特别是对动物的伤害，为了发挥最好的肥效需要在施肥过程考虑放在植物旁边的什么方向和什么深度位置，才能保持肥料在根系分布率最高的区域，使得植物吸收方便，这是科学施肥的新方法问题。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种测量植物根系空间分布的方法和系统，得到原始根系的比例数据，利用该比例数据可量化植物根系形态、构型的三维参数和进行原位及动态观察，为根系生物学、植物营养学、植物生理学及植物生长计算机仿真等学科领域的科学研究提供便利。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种测量植物根系空间分布的方法，其中，包括有以下步骤：

S1：获取原始根系多视角视频资料，并对视频资料进行图像分割，利用投票原理确定原植物根系骨架点所属的空间范围；

S2：步骤S1完成后，取定投票阈值，利用投票原理分别在每一副骨架图像中检测根系点，若同一椭圆上的根系点数超过阈值，则保留此椭圆参数方程并利用椭圆方程计算椭圆中心纵坐标；

S3：步骤S2完成后，利用椭圆中心纵坐标值确定原始根系在生长介质的不同水平层的位置，根据椭圆参数方程确定椭圆长半轴方向端点坐标，并利用端点坐标所处的方向确定根系在生长介质的不同水平区域方向的位置。

在步骤S2中，包括有以下步骤：

S21：从每一个α角度的根系骨架图像中，确定投影轨迹的短轴顶点，定位出上/下半平面分布在α角度上的短轴上/下顶点坐标；

S22：从和角度上的根系骨架图像中的骨架点坐标中定位投影轨迹的短轴顶点分布在α角度上，并且长轴顶点分布在和上的长轴顶点坐标，并由此确定方程的参数a，b，y₀；

S23：从α+π角度上的根系骨架图像中的上/下半平面骨架点坐标中，定位短轴下/上顶点分布在α+π上，并且短轴上/下顶点分布在α角度上，及长轴顶点分布在和上的短轴下/上顶点坐标，并由此给方程的参数a，b，y₀投4票；