基于探地雷达的树木根系图像处理与根直径估计

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根系是树木生长在地面下的重要器官，但相比于树木地上部分，根系的研究发展相对滞后。究其原因就是根系深处地表以下，观测十分不便。传统根系探测方法不仅耗时耗力而且破坏土壤环境和树木根系，因此寻求一种较为可靠且无损探测的方法非常重要。本文在研究过程中得到了国家自然科学基金资助项目（31270757/C201337）“基于多频信息融合的探地雷达林木根系原位探测识别技术研究”的基金资助与广州园林科学研究所的大力支持。
　　本研究主要内容包括：⑴应用探地雷达对树木根系探测的有效性已获得证实，但由于根系结构复杂性以及环境异质性较强，且应用探地雷达应用在树木根系探测的时间较短，对根系探测数据的判读经验还不成熟。结合实际进行多组GprMaxV2.0正演模拟探测环境及根系，证明此仿真的有效性，避免了用探地雷达反复试探性探测的弊端。并用软件仿真、交错根系反射信号模拟图，并分析回波形成的原因。采用探地雷达正演模拟的方法对目标的反射剖面特征认识，为现场探测数据解释提供依据。⑵对得到的探地雷达回波信号进行处理，主要包括高斯噪声降低，通过比较不同方法对图像进行降噪处理和干扰抑制，最终选取非局部均值滤波进行降噪和去均值滤波法进行干扰抑制；然后利用不同边缘检测算子提取目标信息，选择其中效果最好的Canny算子做边缘提取；并对探地雷达图像传统预处理流程做了改进，在边缘检测之前先做基于阈值的图像分割，去除背景，从而大大减少后续处理的计算量，再结合形态学与边缘细化提取目标双曲线。⑶利用双曲线的对称性，提取出探地雷达图像中双曲型回波的顶点位置，即目标位置，最后用霍夫变换求解不同雷达工作模式下的约束方程参数，及最优化估计进行根系半径估计，并进行双曲线拟合，从拟合图中对比出差异，通过多组半径估计结果同理论值对比，分析误差的范围，说明方法的可行性。⑷采用非局部均值滤波与均值滤波进行杂波抑制，在干扰抑制后进行基于阈值的图像分割，用Canny算子边缘检测与图像形态学方法进行探地雷达树木根系雷达图像处理，利用双曲线对称性提取双曲线顶点位置，这样更有利于减少霍夫变换的计算量，应用霍夫变换与最优化估计原则估计根系半径，为项目后期进行林木根系定位、根生物量估算做准备。

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作者
贾佳;
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作者单位

东北林业大学;

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授予单位东北林业大学;
学科模式识别与智能系统
授予学位硕士
导师姓名李克新;
年度 2017
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类微波遥感;图像处理方法;
关键词
树木根系; 雷达探测; 图像处理; 霍夫变换; 探地雷达;

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