선물이 듀 럼 밀과 보 리 귀를 계산에 대 한 프로토콜 사용 하 여 필드 조건 하에서 자연 햇빛에서 자연 색상 (RGB) 디지털 사진. 카메라 매개 변수에 대 한 최소한의 조정, 일부 환경 조건 제한 기술 성장 단계의 범위에 걸쳐 정확 하 고 일관 된 결과를 제공합니다.
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선물이 듀 럼 밀과 보 리 귀를 계산에 대 한 프로토콜 사용 하 여 필드 조건 하에서 자연 햇빛에서 자연 색상 (RGB) 디지털 사진. 카메라 매개 변수에 대 한 최소한의 조정, 일부 환경 조건 제한 기술 성장 단계의 범위에 걸쳐 정확 하 고 일관 된 결과를 제공합니다.
귀 농도, 또는 평방 미터 (귀/m2), 당 귀 수 많은 시리얼 작물 번 식 프로그램, 밀과 보 리, 곡물 수확량을 예측에 대 한 중요 한 농경 항복 요소를 나타내는 중앙 초점 이다. 따라서, 귀 밀도 평가 하기 위한 신속, 효율적이 고 표준화 된 기술을 제공 하는 preharvest 수확량 예측, 개선 농업 관리 개선 지원 또는 자르기가 정의 때 사육에 대 한 도구로 사용 될 수 있습니다. 중요성의는 특성으로 뿐만 아니라 수동 귀에 대 한 현재 기술 밀도 평가 힘들고 시간이 걸리는, 하지만 그들은 또한 어떤 공식 표준화 된 프로토콜 없이 선형 미터, 지역 사분면, 또는 식물 귀 밀도 및 식물에 따라 추정 된 postharvest 계산합니다. 디지털 이미지, 높은 처리량에 대 한 허용 방들은 (nadir) 자연 색상 (빨강, 녹색 및 파랑 [RGB])에 기반 필드 조건에만 햇빛 조명 귀 밀도 추정 알고리즘을 계산 하는 자동 귀 자세히 제시 표준화 된 측량입니다. 듀 럼 밀과 보 리 2014/2015, 2015 동안 스페인 지리적으로 분산의 다른 현장 실험/2016 작물 계절에 관개와 rainfed 재판 대표적인 결과 제공 하는 데 사용 했다. 작물 성장 단계 및 필드 조건 계획, 이미지 캡처 지침 및 컴퓨터 알고리즘의 세 단계를 포함 하는 3 단계 프로토콜: (i) Laplacian 주파수 필터를 제거 낮은 및 높은 주파수, (ii)을 줄이기 위해 높은 중간 필터 잡음, (iii) 세분화 하 고 최종 계산에 대 한 로컬 맥시 마 봉우리를 사용 하 여 계산. 약간 조정 알고리즘 코드는 카메라 해상도, 초점, 그리고 카메라와 자르기 캐노피 사이의 거리에 해당 되어야 합니다. 결과 알고리즘 계산 사이 높은 성공률 (90% 이상)과 R2 값 (0.62-0.75) 설명 하 고 수동 이미지 기반 귀 듀 럼 밀과 보 리에 대 한 건의.
전년도1에서 1%에 의해 확장 2017/2018에서 세계 시리얼 사용률을 보고. 곡물 생산 및 인구 사용률, 세계 곡물 주식 또한 기후 변화2의 효과 증가에 적응 하면서 성장 요구를 충족 하기 위해 빠른 속도로 생산량을 증가 하는 데 필요한에 대 한 최신 예측을 기반으로 합니다. 따라서, 향상 된 작물 번 식 기술을 통해 곡물 수율 향상에 중요 한 초점을 맞추고가 있다. 2 지중해 지역에서 가장 중요 하 고 수확 곡물 즉이 연구에 대 한 예제로 선택, 듀 럼 밀 (Triticum aestivum L. ssp. 파스타 [Desf.])과 보 리 (Hordeum vulgare L.). 듀 럼 밀, 확장 하 여, 지중해 분 지의 남쪽 및 동쪽 여백에서 가장 재배 시리얼 이며 가장 중요 한 10 자르기 37 백만 톤의 연례 생산으로 인하여 세계적으로 매년3, 보 리는 4 글로벌 곡물 생산, 144.6 백만 톤에서 글로벌 생산 측면에서 매년4.
원격 감지 및 인접 이미지 분석 기법 도구도 점점 키 필드 높은 처리량 식물 형질 (HTPP)의 발전에 그들은 뿐만 아니라 더 민첩 한 제공 하지만 또한, 자주, 더 정확 하 고 일관 된 검색 대상의 자르기 biophysiological 특성, 광합성 활동 및 바이오 매스의 평가 같은 리소스 사용과 이해5,6,7 효율성 등 특성이 상속 가능성에 수익률 추정, 그리고 심지어 개선 preharvest ,,89. 원격 탐사는 전통적으로에 초점을 맞춘 multispectral, hyperspectral, 및 열 이미징 필드 규모 정밀 농업에 대 한 또는 식물 형질 연구는 microplot에서 공중 플랫폼에서 센서 규모10. 만 보이는 반사 된 빛을 측정 하는 일반적인, 상용 디지털 카메라 그들의 매우 높은 공간 해상도도 불구 하 고 종종 간과 했다 하지만 최근 인기 끌고있다 새로운 혁신적인 이미지 처리 알고리즘은 점점 수 자세한 색상 및 그들이 제공 하는 공간 정보 활용을 걸릴. 많은 고급 농업 이미지 분석에서 최신 혁신의 점점 (측정에 대 한 그들의 빨강, 녹색 및 파란색 표시 빛 반사율), 매우 높은 해상도 (VHR) RGB 이미지에서 제공 하는 데이터의 해석에 의존 하 고 작물을 포함 하 여 (활기, 기후학, 질병 평가 및 식별) 모니터링, 세분화 정량화 (출현, 귀 밀도, 꽃 및 과일 수), 그리고 심지어 풀 3D 복원 모션 워크플로11에서 새로운 구조에 따라.
시리얼 생산성에서 개선 위한 가장 중요 포인트 중 하나는 세 가지 주요 구성 요소에 의해 결정 되는 수확량의 더 효율적인 평가: 밀도 또는 평방 미터 (귀/m2) 당 귀 수, 당 귀, 곡물의 수 귀와 천-커널 무게입니다. 필드 수동으로 귀 밀도 얻을 수 있습니다 하지만이 방법은 힘 드는, 소모, 그리고 단일 표준화 된 프로토콜에서 부족을 함께 발생할 수 있습니다 오류의 중요 한 소스. 귀의 자동 세 통합 복잡 한 작물 구조, 가까운 식물 간격, 오버랩, 배경 요소 및 awns의 존재의 높은 범위 때문에 어려운 작업입니다. 최근 작품은12세의 귀에 상당히 좋은 결과 보여주는 적당 한 자르기 이미지를 얻기 위해서는 삼각대에서 지 원하는 검은색 구조를 사용 하 여이 방향에서 전진 했다. 이 방법에서는, 과도 한 햇빛 및 그림자 효과 피할 수 했다, 하지만 이러한 구조는 성가신 될 것 이라고 하 고 필드 조건에 응용 프로그램에서 주요 한계. 또 다른 예는 패널에 귀 밀도 계산에 대 한 좋은 정확도 함께 사용 된 엄밀한 동력된 갠트리와 완전 자동화 된 형질 시스템을 사용 하 여 개발 하는 알고리즘을 계산 하는 자동 귀 5 awnless 빵 밀 (Triticum의 구성 aestivum L.) 다른 질소 조건13에서 성장 하는 품종. 페르난데스 Gallego14 최근 작품은 VHR RGB 컬러 이미지 뒤에 고급, 아직 여전히 완전 자동화 된 이미지 분석을 사용 하 여 빠르고 쉽게 데이터 캡처에 대 한이 프로세스를 최적화 하 고. 필드 조건에서 효율적이 고 양질의 데이터 수집 단순화 된 표준화 된 프로토콜을 강조 하는 일관성과 높은 데이터 캡처 처리, 이미지 처리 알고리즘 사용 소설 동안 Laplacian 및 주파수 도메인의 사용 (겹치는 귀로 더 많은 오류가 발생할 수 있습니다 다른 이전 연구에서 전체 묘사) 반대로 로컬 맥시 마를 찾는 것에 따라 계산에 대 한 세분화를 적용 하기 전에 원하지 않는 이미지 구성 요소를 제거 하는 필터.
이 작품은 상용 디지털 카메라에서 획득 한 이미지를 사용 하 여 필드 조건에서 귀 밀도의 자동 정량화에 대 한 간단한 시스템을 제안 합니다. 이 시스템 필드에 자연 채광의 활용 조건 하며, 따라서, 하루와 구름 덮개의 시간 등 일부 관련된 환경 요소를 고려 하지만, 남아 있다 적용, 구현 하는 간단한. 시스템은 듀 럼 밀과 보 리에 대 한 예제에 입증 되었습니다 해야 밀, 빵을 응용 프로그램에 확장 가능한는, 유사한 형태학으로 귀를 전시 외 자주 awnless, 하지만 추가 실험에 필요한 것 이 확인 합니다. 데이터에서 캡처 여기에 제시 된 프로토콜, 방들은 이미지는 단순히 카메라를 손으로 들고 하거나 자르기 위에 디지털 카메라 위치에 대 한 모노 포드를 사용 하 여 촬영. 유효성 검사 데이터는 이미지 자체에 귀에 의해 수동으로 subplots 필드에서 또는 포스트 프로세싱, 동안에 대 한 귀를 계산 하 여 인수 될 수 있습니다. 이미지 처리 알고리즘은 먼저, 다음, 후속 세분화와 인수 이미지에서 개별 밀 귀의 계산을 허용 하는 방식으로 이미지의 원치 않는 구성 요소를 효과적으로 제거 하는 세 가지 프로세스 구성 되어있습니다. 첫째, Laplacian 주파수 필터 창 커널 크기 조정 없이 기본 ImageJ 필터 설정을 사용 하 여 이미지의 다른 공간 방향에서 변화를 감지 하기 위해 사용 됩니다 (맥시 마 찾을 세분화 기술 결정에 어느 단계에서 픽셀은 귀와 관련 된 중간 공간 필터 단계 후 로컬 봉우리는 토양 또는 잎 보다 더 높은 픽셀 값. 따라서, 맥시 마 찾을 이미지, 높은 값을 세그먼트에 사용 되 고 그 지구는 겹치는 귀 오류도 줄이면서 귀를 식별 귀로 표시 됩니다. 분석 입자 는 계산 찾을 최대 단계에서 만든 흰색과 검은색 표면 사이의 대조에 의해 만들어진 영역에서 매개 변수를 측정 하는 이진 이미지에 사용 됩니다. 다음 결과 처리 하 여 필터링 된 이미지에 밀 귀 형태를 식별 하기 위해 각 지역 최대 주위 가까운 이웃 픽셀 차이 분석 하 여 바이너리 이미지 세그먼트를 만들고. 마지막으로, 귀 밀도 계산 됩니다 분석 입자를 사용 하 여 피지15에서 구현 될 때. 찾을 맥시 마와 분석 입자는 독립 실행형 기능 피지 (https://imagej.nih.gov/ij/plugins/index.html)에서 플러그인으로 사용할 수. 여기에 프로토콜에서 구체적으로 제시 하지, 예비 결과 보충 자료로 제시 것을 제안이 기술은 귀 수 조사 무인된 공중 차량 (UAVs)에서 그 해상도 제공에 있을 수 있습니다. 충분히 높은14남아 있다.
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1. prefield 작물 성장 단계 및 환경 조건
2. 이미지 캡처 자연 채광과 함께 필드 조건에서

그림 1 : 시스템 계산 귀. "Phenopole" 왼쪽에 필드에 표시 되는 원격 제어 자연 색상 (RGB) 큰 센서와 카메라 기울기와 높이 조정 하기 위해 필요한 매개 변수를 나타내는 고해상도 디지털 카메라 시스템을 사용 하 여 시스템 계산 귀는 이미지 처리 알고리즘입니다. 센서와 이미지 해상도 사용자 렌즈 초점 거리와 캐노피에서 거리에 대 한 특성을 입력 해야 하는 동안 이미지 속성에 의해 자동으로 검색 됩니다. 다음은 귀와 귀 밀도 (귀/m2) 이미지 기반 총 귀 수의 변환 당 픽셀의 추정된 번호에 대 한 알고리즘을 조정 하는 데 필요한. 그 이유로, 필드의 모든 이미지에 대 한 동일한 카메라와 렌즈 초점 길이 사용 하는 것이 좋습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

그림 2 : 방들은 자르기 이미지. 듀 럼 밀과 보 리 귀 방들은 이미지 61에 87 Zadoks의 규모에 따라 약 성장과 노화의 수용 단계는 데이터 집합 예제 계산 귀에 대 한. (왼쪽) 듀 럼 밀 방들은 이미지 데이터 집합 예입니다. (오른쪽) 보 리 방들은 이미지 데이터 집합 예입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
3. 알고리즘 구현 및 조정
참고: 여기에 우리가 현재 알고리즘 구현 및 다른 카메라 사양 (센서 크기, 화소, 초점 거리, 거리 자르려면)에 대 한 조정 및 자동 귀 계산에 대 한 자르기 (듀 럼 밀 또는 보 리). 알고리즘에 대 한 개요는 그림 3에 그래픽으로 표시 됩니다.

그림 3 : 2 줄 보 리 귀 계산에 대 한 이미지 처리 파이프라인. 2 줄 보 리 귀로 계산에 대 한 이미지 처리 파이프라인 특정 컴퓨터 코드를 사용 하 여 또는 둘 다 피지 (ImageJ) 내에서 작동 하는 CerealScanner 소프트웨어를 사용 하 여 구현. 패널 1 원본 이미지를 보여줍니다. 패널 2 Laplacian 필터의 응용 프로그램의 결과 보여 줍니다. 패널 3 중 필터의 응용 프로그램을 표시 하 고 패널 4 최종 찾을 최대 및 최종 귀 수 생산을 위한 시장 세분화의 결과 보여 줍니다. 그런 다음 계산 변환할 이미지 수 귀 밀도, 그림 1에서 같이 만들어집니다. 이러한 이미지는 Arazuri 필드 사이트에서 가져온 예 (북동 스페인, 42 ° 48'33.9 "N 1 ° 43'37.9" W) 조명 조건에 확산. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

그림 4 : CerealScanner 알고리즘 컬렉션에서 귀 계산 기능 표시는 CerealScanner 2.12 베타 중앙 탭 두 수준에. 사용자를 선택 해야 합니다 합니다... 일괄 입력 이미지 파일 저장 폴더를 선택 하는 기본에서 다른 경우 H 거리 (자르기 캐노피의 상단에는 카메라에서 거리)과 초점 거리의 기본 값을 변경의 오른쪽 버튼을 t 값, 선택한 다음 선택은... 이름 및 최종 결과 파일의 위치를 선택 하려면 결과 파일 의 오른쪽 버튼을. CerealScanner의 다른 탭 이른 활기 및 CerealScanner 코드 제품군의 일환으로 성숙 의 발병 특성 기반 형질에 대 한 알고리즘을 제공합니다. 바이오 매스 탭 보다 일반적인 작물의 의견에 대 한 여러 가지 알고리즘 또한 RGB 디지털 이미지에 대 한 활기 및 바이오 매스 계산 있다. 예제 에서처럼 그것은 그림 3에서 두 줄 보 리를 말합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

그림 5 : 알고리즘 조정. 성공적으로 두 밀을 계산 하기 위해 파이프라인 및 보 리 귀 같은 알고리즘을 사용 하 여 H 거리 (카메라와 작물 사이 거리의 카메라 관련 조정의 일환으로 자동으로 관리 됩니다 조정 이미지 처리에 필요한 캐노피)와 초점 길이 귀 당 픽셀 수가 더 많거나 적은 다른 응용 프로그램 간에 일정 하 게 유지 되도록 서브. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

그림 6 : 수동 이미지에 귀 수를 사용 하 여 알고리즘 유효성 검사. 수동 이미지에 귀 (왼쪽된) 듀 럼 밀과 보 리 (오른쪽)에 대 한 건의. 작은 점 만들어진 피지 도구 를 사용 하 여 다음 계산 0.90 1.00 분석 입자 함수 를 사용 하 여 순환 제약 조건 채도에서 색상 임계값 을 적용 한 후 강도 색상 도구에 지정 된 색상 공간. 이 메서드는 더 정확한 이미지 기반 수동 귀 수를 보장합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

그림 7 : 알고리즘 유효성 검사 설명서를 사용 하 여 계산 필드에의 밀과 보 리, 원을 사용 하 여 수동 이미지에 귀 수. (왼쪽) 밀 이미지 수 유효성 검사 예 원을 사용 하 여입니다. (오른쪽) 보 리 이미지 수 유효성 검사 예 원을 사용 하 여입니다. 흰색 원 안에 귀 하위 집합 건의 했다 순환으로와 도구, 색상 임계값, 다음, 입자 함수 분석 그림 6 에서 설명한 대로 동일한 기술을 사용 하 여 계산 제약 조건 및 색조를 사용 하 여 색상 선택. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
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그림 8에서 결과 보여 귀 밀도 (평방 미터 당 귀 수) 사이의 결정 계수 수동 계산 및 3 개의 다른 작물 성장 단계에 밀과 보 리에 대 한 알고리즘을 계산 하는 귀를 사용 하 여. 첫 번째는 61 ~ 65 사이 Zadoks' 규모와 듀 럼 밀 (R2 = 0.62). 두 번째는 71에서 77 사이 Zadoks' 규모와 두 줄 보 리 (R2 = 0.75), 그리고 마지막 하나는 81과 87 사이 Zadoks' 규모와 듀 럼 밀 (R2 = 0.75).

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증가 민첩성, 일관성, 그리고 정밀 글로벌 기후 변화에 관련 된 부정적인 압력에도 불구 하 고 곡물 수확량을 증가 하는 그들의 노력에 작물 번 식 지역 사회를 지원 하기 위해 유용한 새로운 형질 도구를 개발 하는 열쇠입니다. 시리얼 귀 밀도의 효율적이 고 정확한 평가의 중요 한 주식 수익률의 주요 농경 구성 작물로 먹이 미래 세대에 필요한 도구를 제공 도움이 됩니다. 개선 및 작물 번 식 노력 도움이 계속이 연구와 여기에 제시 된 기술 필드 조건에서의 지원에 초점을 맞추고 실제 기후에 구속 더 시나리오 및 번 식 커뮤니티의 요구를 변경 하지만 또한 선물 기술는 어려움 이와 같이, 그것은 데이터 캡처 및 이미지가 프로토콜에서 처리 뿐만 아니라 최적의 환경 조건에 대 한 권장 사항 및 그것의 성공적인 구현을11작물 성장 단계에 가까운 준수를 지불 하는 것이 중요. 주요 농경의 컴포넌트로 항복, 귀 밀도 곡물 수확량 (거기에 Slafer 외20 및 ...
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저자는 공개 없다.
콜 메 르 나 드 Oreja (아 랑 페 즈) Instituto Nacional de Investigación y 기술과 Agraria y 섬유 (INIA) 및 Zamadueñas (바 야 돌 리드)의 실험 역에 현장 관리 직원을 감사 하 고 싶습니다이 연구의 저자는 Instituto de 기술과 Agraria 데 카스 티 야와 레온 (ITACyL) 연구 연구 작물 분야 지원에 대 한 사용. 이 연구는 MINECO, 스페인, Syngenta, 스페인과 협력 프로젝트의 일부에서 연구 프로젝트 AGL2016-76527-R에 의해 지원 되었다. BPIN 2013000100103 친교는 "중동 드 Talento Humano 드 알토 수준, Gobernación 델 Tolima-대학 델 Tolima, 콜롬비아"에서 첫 번째 저자 호세 아 르만 페르난데스-Gallego에 대 한 지원 자금 단독 이었다. 해당 작가, 숀 C. Kefauver의 기본 자금 소스 교수 호세 루이스 Araus에 게 수 여 하는 부여를 통해 ICREA 학계 프로그램에서 왔다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| ILCE-QX1 카메라 | Sony | WW024382 | 23.2 x 15.4mm 센서 크기의 소형 대형 센서 디지털 카메라. |
| E-M10 카메라 | 올림푸스 | E-M10 | 17.3 x 13.0mm 센서 크기의 소형 대형 센서 디지털 카메라. |
| Multipod Monpod | Sony | VCT MP1 | "Phenopole" in the JoVE article |
| Computer | Any PC/Mac/Linux | -- | 데이터 및 이미지 분석 |
| ImageJ/FIJI (FIJI IS JUST IMAGE J) | NIH | http://fiji.sc | 데이터 및 이미지 분석을 위한 플러그인 및 알고리즘 |
| Circle/Metal Ring | Generic | Generic Metal | ring for in-field validation |
| Crab 플라이어: 클립 | , 최신 | 90087340 | 서클 지지대 및 확장 암 |
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