基于機(jī)器視覺的賞食百合物候期識(shí)別與栽培應(yīng)用及花性狀鑒定分析.pdf

江西農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào) 2025 37 04 22 31 Acta Agriculturae Jiangxi DOI 10 19386 ki jxnyxb 2025 04 004 聶功平 陳敏敏 張永春 等 基于機(jī)器視覺的賞食百合物候期識(shí)別與栽培應(yīng)用及花性狀鑒定分析 J 江西農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào) 2025 37 4 22 31 基于機(jī)器視覺的賞食百合物候期識(shí)別 與栽培應(yīng)用及花性狀鑒定分析 聶功平 陳敏敏 張永春 楊云堯 韓 炘 楊 貞 楊柳燕 上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院 林木果樹研究所 上海市設(shè)施園藝技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 上海 201403 摘 要 通過試驗(yàn)確定賞食百合不同發(fā)育階段的種球發(fā)育規(guī)律 影響因素 施肥配比等條件 收集物候期 和花性狀數(shù)據(jù) 通過機(jī)器視覺建立自動(dòng)化識(shí)別模型 以期為賞食百合設(shè)施精準(zhǔn)栽培奠定基礎(chǔ) 結(jié)果顯示 1 苗 期和蕾期百合消耗種球營養(yǎng)促進(jìn)植株發(fā)育 種球發(fā)育停滯 花期和種球膨大期植株發(fā)育停滯 種球開始發(fā)育 2 與百合種球膨大相關(guān)性較高的關(guān)鍵指標(biāo)由大到小依次是種球膨大期種球重量 種球膨大期種球圍徑苗期 莖粗 苗期葉數(shù) 蕾期莖粗 花期種球重量 蕾期株高 蕾期葉數(shù) 種球膨大期種球縱徑 花期種球圍徑 3 大 棚框栽 露天基質(zhì)在百合苗期和蕾期施用20 20 20氮磷鉀水溶肥 有助于提高苗期莖粗 苗期葉數(shù) 蕾期莖 粗 蕾期葉數(shù) 蕾期株高 在花期和種球膨大期施用20 20 20 15 20 25水溶肥有助于提高種球圍徑和重量 4 物候期識(shí)別模型訓(xùn)練結(jié)果顯示 vgg11的損失值最小 0 168 精確度最高 0 933 模型最好 誤差分析表 明 除形狀細(xì)長彎曲的花絲和柱頭寬度測定誤差較大 其他指標(biāo)誤差較小 可通過進(jìn)一步優(yōu)化應(yīng)用于百合田 間花性狀表型調(diào)查 關(guān)鍵詞 賞食百合 物候期 種球栽培 觀賞性狀 機(jī)器視覺 中圖分類號(hào) S682 2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A 文章編號(hào) 1001 8581 2025 04 0022 10 Phenological Recognition Cultivation Application and Flower Trait Analysis of Ornamental and Edible Lilies Based on Machine Vision NIE Gong ping CHEN Min min ZHANG Yong chun YANG Yun yao HAN Xin YANG Zhen YANG Liu yan Forestry and Pomology Research Institute Shanghai Academy of Agricultural Sciences Shanghai Key Laboratory of Protected Horticultural Technology Shanghai 201403 China Abstract This study determined the developmental patterns influencing factors and fertilization ratios of different developmental stages of ornamental and edible lilies through experiments The phenological period and flower trait data were collected and an automated recognition model was established through machine vision to establish a foundation for precise cultivation of ornamental and edible lilies in facilities The results showed that 1 During the seedling and bud stages of lilies the consumption of bulb nutrients promoted plant development while bulb development stagnated During the flowering and decline stages plant development stagnated and bulbs began to develop 2 The key indicators that are highly correlated with the swelling of lily bulbs are the weight of bulbs during the decline period the diameter of bulbs during the decline period the stem diameter during the seedling period the number of leaves during the seedling period the stem diameter during the bud period the weight of bulbs during the flowering period the plant height during the bud period the number of leaves during the bud period the longitudinal diameter of bulbs during the decline period and the diameter of bulbs during the flowering period 3 The application of 20 20 20 water soluble fertilizer during the seedling and bud stages can increase stem thickness during the seedling stage number of leaves during the seedling stage stem thickness during the bud stage number of leaves during the bud stage and plant height during the bud stage The application of 20 20 20 or 15 20 25 water soluble fertilizer during the 收稿日期 2025 01 11 基金項(xiàng)目 上海市科技興農(nóng)項(xiàng)目 加工型百合新種質(zhì)選育與產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)研究 滬農(nóng)科推字 2022 第4 1號(hào) 作者簡介 聶功平 1995 男 湖北襄陽人 碩士 研究方向?yàn)榍蚋ɑ茉耘嗯c繁殖 通信作者 楊柳燕 4期 23聶功平等 基于機(jī)器視覺的賞食百合物候期識(shí)別與栽培應(yīng)用及花性狀鑒定分析 flowering and decline stages can increase the diameter and weight of the bulbs 4 The training results of the phenological period recognition model show that vgg11 has the smallest train loss value of 0 168 and the highest accuracy value of 0 933 indicating that the model is the best Through error analysis it was shown that except for the measurement error of the width of the slender and curved filament and stigma the error of other indicators was relatively small which can be further optimized and applied to field flower trait phenotype investigation Key words Ornamental and edible lilies Phenological period Bulb cultivation Ornamental traits Machine vision 0 引言 百合是百合科百合屬的多年生球根植物 根據(jù) 功能不同可分為觀賞 食用和藥用百合 賞食百合 是兼具觀賞和食用價(jià)值的功能花卉 賞食百合種 球含有糖 淀粉 氨基酸 膳食纖維等多種營養(yǎng)物 質(zhì)以及皂苷 多酚 黃酮等活性物質(zhì) 具有較高的 食用和觀賞價(jià)值 可用于庭院景觀 盆栽 切花等 多種用途 市場前景廣闊 1 賞食百合栽培技術(shù)是 產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的關(guān)鍵 傳統(tǒng)觀賞百合采收切花會(huì)切 割大量莖稈 導(dǎo)致種球大幅縮小 而食用百合則通 過摘除花蕾減少營養(yǎng)損失 從而增加產(chǎn)量 因此 百合觀賞切花與食用鱗莖生產(chǎn)在栽培上存在較大 的營養(yǎng)分配矛盾 賞食百合作為一種新型的功能 花卉 其栽培需要平衡種球發(fā)育和花發(fā)育的雙重 性狀 設(shè)施栽培可以通過控制溫度 濕度 光照等 環(huán)境條件 以及水肥一體化灌溉和施肥等方法 病蟲害防控等技術(shù) 創(chuàng)制賞食百合生產(chǎn)的最適宜 條件 從而提高賞食百合的觀賞和食用價(jià)值 目前 針對賞食百合設(shè)施化栽培的研究數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)積累 較少 相關(guān)設(shè)施栽培技術(shù)較為落后 明確賞食百合 鱗莖發(fā)育規(guī)律是其栽培的基礎(chǔ) 洋蔥發(fā)育過程分 為四葉期 膨大前期 膨大中期 膨大后期 2 根 用 菊苣肉質(zhì)根膨大過程分為膨大前期 膨大中期 膨 大后期 3 而百合植株在進(jìn)入展葉期后 鱗莖盤形 成子鱗莖 并隨著光合產(chǎn)物的積累而逐漸膨大 4 但是百合不同發(fā)育階段的種球發(fā)育規(guī)律尚不清 楚 水肥一體化可以精準(zhǔn)地將水和肥料提供給作 物的根部 進(jìn)而提升作物的產(chǎn)量和質(zhì)量 5 Mohajer 等 6 研究認(rèn)為 適宜的營養(yǎng)液配比和灌溉方式可 以有效提升百合鱗莖的產(chǎn)量 然而針對百合不同 發(fā)育階段的需肥特點(diǎn)仍需深入探究 植物生長狀 態(tài)監(jiān)測是設(shè)施栽培決策中不可或缺的重要環(huán)節(jié) 利用機(jī)器視覺技術(shù)可以提高監(jiān)測效率和準(zhǔn)確度 進(jìn)而輔助生產(chǎn) 吳超 7 利用計(jì)算機(jī)視覺方法提取 了玫瑰鮮切花的17個(gè)特征指標(biāo)值 基于支持向量 機(jī)算法構(gòu)建了質(zhì)量分級評價(jià)模型 李想 8 利用計(jì) 算機(jī)視覺檢測花卉的生長發(fā)育狀態(tài) 指導(dǎo)花苗分 區(qū)栽培 疏盆等分級工作 王鍵等 9 利用計(jì)算機(jī)視 覺測量了植物葉片面積 獲取的葉面積相對誤差 為0 01 1 42 鄭露露 10 利用計(jì)算機(jī)視覺對葡 萄葉片病害進(jìn)行了分類識(shí)別 指導(dǎo)農(nóng)戶進(jìn)行病害 防治 目前 關(guān)于百合生長發(fā)育階段自動(dòng)監(jiān)測和性 狀鑒定的報(bào)道較少 有待深入研究 為提高賞食百合設(shè)施栽培決策的準(zhǔn)確性和自 動(dòng)化識(shí)別的精確性 本研究通過試驗(yàn)確定賞食百 合不同發(fā)育階段種球發(fā)育規(guī)律 種球發(fā)育影響因 素 施肥配比等條件 并收集物候期和花性狀數(shù) 據(jù) 通過機(jī)器視覺建立自動(dòng)化識(shí)別模型 以期為賞 食百合設(shè)施栽培提供參考 1 材料與方法 1 1 賞食百合種球發(fā)育規(guī)律觀察及種球重量與不 同物候期植株發(fā)育情況的關(guān)聯(lián)分析 挑選大小一致 無病蟲害的賞食百合橙色陽光 種球作為試驗(yàn)材料 2024年3月1日定植于泥炭 珍珠巖為2 1的基質(zhì)中 水肥一體化設(shè)施進(jìn)行灌溉 和施肥 分別于賞食百合出苗期 苗期 蕾期 花 期 種球膨大期和采收期挖取種球 觀察種球發(fā)育 情況 同時(shí) 分別于苗期和蕾期測定百合莖粗 株 高 冠幅 葉片數(shù)量 葉寬 葉長等指標(biāo) 于花期和 收獲期測定百合種球直徑 縱徑 圍徑 重量等指 標(biāo) 于收獲期測定百合種球重量 采用Excel軟件 分析收獲期種球重量與苗期 蕾期 花期 種球膨 大期植株與種球發(fā)育指標(biāo)之間的回歸關(guān)系和相關(guān) 系數(shù) 篩選確定苗期 蕾期 花期 種球膨大期等影 響百合收獲期種球重量的關(guān)鍵指標(biāo) 1 2 賞食百合不同發(fā)育階段需肥特點(diǎn)研究 挑選大小一致 無病蟲害的賞食百合橙色陽 光種球作為試驗(yàn)材料 2024年3月1日定植 采用 大棚框栽和露天基質(zhì)2種栽培方式 基質(zhì)均采用 20 40 mm泥炭 氮磷鉀配比為30 10 10 20 20 20 15 20 25 10 30 20 以及清水5種水溶肥 水 溶肥 EC值為1 0 百合植株出苗后 在百合苗期至 種球膨大期間隔 7 d施肥1次 分別于苗期 蕾期觀 江 西 農(nóng) 業(yè) 學(xué) 報(bào) 37 卷24 測植株發(fā)育情況 測定株高 莖粗 冠幅 葉數(shù) 葉 寬 葉長等指標(biāo) 于花期 種球膨大期觀測種球膨 大發(fā)育情況 測定種球重量 圍徑 橫徑和縱徑等 指標(biāo) 于收獲期測定種球重量指標(biāo) 1 3 賞食百合物候期的機(jī)器識(shí)別 2019 2024年收集百合出苗期 1368 張 苗 期 1 7 7 2 張 蕾 期 1 5 5 0 張 花 期 1 0 2 張 種 球 膨大期 773張 圖片共6465張 其中90 的數(shù)據(jù) 5820張 用于模型訓(xùn)練 10 的數(shù)據(jù) 645張 用 于模型驗(yàn)證 基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 采用Goolenet Alexnet resnet34 resnet50 resnet50 32x4d res net101 resnet101 32x8d vgg11 vgg13 vgg16 vgg19進(jìn)行模型參數(shù)訓(xùn)練 迭代次數(shù)為50輪 分析 不同模型損失值和精確度變化 篩選最優(yōu)模型進(jìn) 行物候期自動(dòng)識(shí)別 1 4 賞食百合花器官的機(jī)器識(shí)別和誤差分析 挑選大小一致 無病蟲害的賞食百合2份 橙 色陽光 黃檸檬 觀賞百合4份 白特里昂菲特 小鉆石 心弦 夕陽 雜交后代3份 S3 S4 S5 作 為試驗(yàn)材料 2024年3月1日定植于泥炭 珍珠巖 2 1 的基質(zhì)中 采用大棚框栽設(shè)施進(jìn)行培養(yǎng) 水肥一體化設(shè)施進(jìn)行灌溉和施肥 于百合花期采 集花朵 分別對百合整花 外花被片 內(nèi)花被片 花絲 柱頭 子房等花器官進(jìn)行拍照 收集花器官 圖片 采用OpenCV python 4 9 0 80對圖像進(jìn)行去 噪 通道分離 灰度化 二值化 邊緣檢測 分割 篩選最優(yōu)的圖像處理參數(shù) 獲得花器官圖像 從 圖像中鑒定花器官輪廓 通過標(biāo)尺和花器官像素 比 對切割得到的圖像繪制邊緣 外接矩形 最小 外接矩形 外接圓 并根據(jù)標(biāo)尺實(shí)際長度測算花器 官實(shí)際長 寬 周長和面積 計(jì)算 公式分別為 花器官長 標(biāo)尺長度實(shí)際值 花器官長度像素值 標(biāo)尺長度像素值 花器官寬 標(biāo)尺長度實(shí)際值 花器官寬度像素值 標(biāo)尺長度像素值 花器官周長 標(biāo)尺長度實(shí)際值 花器官周長像素值 標(biāo)尺長度像素值 花器官面積 標(biāo)尺長度實(shí)際值 2 花器官面積像素值 標(biāo)尺長度像素值 2 于百合花期采集花朵 采用人工測量的方法對 百合整花 外花被片 內(nèi)花被片 花絲 柱頭 子房 等花器官的長 寬進(jìn)行測定 將人工測定的結(jié)果與 機(jī)器視覺測定的結(jié)果進(jìn)行誤差分析 分別計(jì)算均 方誤差 均方根誤差 平均絕對誤差 決定系數(shù) 相 關(guān)系數(shù)等指標(biāo) 評估機(jī)器視覺測定的精確性 2 結(jié)果與分析 2 1 賞食百合種球發(fā)育特點(diǎn) 出苗期是百合種球定植到植株群體完全出苗 的階段 苗期是植株群體完全出苗到第一個(gè)植株 現(xiàn)蕾的階段 蕾期是第一個(gè)植株現(xiàn)蕾到群體完全 現(xiàn)蕾的階段 花期是第一個(gè)植株開花到群體花朵 完全凋謝的階段 種球膨大期是植株群體花朵完 全凋謝到植株開始枯萎的階段 收獲期是植株群 體開始枯萎到種球采收的階段 由圖 1可以看出 出苗期 百合 種球開始緩慢縮小 苗期種球基盤會(huì) 形成新的種球芽點(diǎn) 新種球芽點(diǎn)發(fā)育緩慢 種球外 層鱗片慢慢縮小枯萎 蕾期種球芽點(diǎn)發(fā)育緩慢 外層鱗片營養(yǎng)持續(xù)消耗 種球進(jìn)一步縮小 花期種 球外層鱗片營養(yǎng)消耗殆盡 種球縮小達(dá)到最小階 段 內(nèi)部種球芽點(diǎn)開始發(fā)育 種球膨大期種球芽點(diǎn) 快速膨大 種球逐漸變大 收獲期種球進(jìn)一步發(fā)育 變得緊實(shí)飽滿 達(dá)到最大 2 cm 圖1 百合不同發(fā)育階段的種球發(fā)育狀態(tài) 2 2 賞食百合種球重量與不同物候期植株發(fā)育情 況的關(guān)聯(lián)分析 2 2 1 收獲期種球重量與苗期 蕾期植株發(fā)育情 況的相關(guān)性分析 通過對收獲期種球重量與苗 期 蕾期各指標(biāo)進(jìn)行回歸分析 并計(jì)算相關(guān)系數(shù) R 2 研究百合種球膨大與苗期 蕾期百合植株葉 4期 25聶功平等 基于機(jī)器視覺的賞食百合物候期識(shí)別與栽培應(yīng)用及花性狀鑒定分析 片發(fā)育的關(guān)系 由圖 2可知 苗期莖粗 苗期葉數(shù) 蕾期莖粗 苗期株高 蕾期株高 蕾期葉數(shù) 苗期 葉寬 蕾期葉寬與收獲期百合種球重量均呈正相 關(guān)關(guān)系 R 2 分別為0 8541 0 8102 0 7956 0 1225 0 7790 0 7783 0 6045 0 6939 苗期冠幅 苗期葉 長 蕾期冠幅蕾期葉長與采收百合種球重量均 呈負(fù)相關(guān)關(guān)系 R 2 分別為0 4361 0 4686 0 3874 0 3157 其中苗期莖粗 苗期葉數(shù) 蕾期莖粗 蕾期 葉數(shù) 蕾期株高 蕾期葉寬等指標(biāo)與收獲期百合種 球重量的 R 2 較高 表明這些指標(biāo)對收獲期百合種 球重量的影響較大 收獲期種球重量 g 收獲期種球重量 g 收獲期種球重量 g 收獲期種球重量 g 收獲期種球重量 g 收獲期種球重量 g 收獲期種球重量 g 收獲期種球重量 g 收獲期種球重量 g 收獲期種球重量 g 收獲期種球重量 g 收獲期種球重量 g 圖2 收獲期種球重量與苗期 蕾期植株發(fā)育情況的相關(guān)性分析 2 2 2 收獲期種球重量與花期 種球膨大期種球 發(fā)育情況的相關(guān)性分析 通過對收獲期種球重量 與花期 種球膨大期各指標(biāo)進(jìn)行回歸分析 并計(jì) 算相關(guān)系數(shù) R 2 研究百合種球膨大與花期 種球 膨大期種球發(fā)育的關(guān)系 由圖 3 可 知 在 花期種球 直徑 縱徑 圍徑 重量與收獲期百合種球重量均 呈正相關(guān)關(guān)系 R 2 分別為0 6447 0 342 0 0 7221 0 7830 在種球膨大期種球直徑與收獲期百合種 球重量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系 R 2 為0 0212 種球縱徑 圍 徑 重量與收獲期百合種球重量呈正相關(guān)關(guān)系 R 2 分別為0 7312 0 8843 0 9446 綜上 花期種球圍 徑 重量 種球膨大期種球圍徑 縱徑 重量的 R 2 較高 表明這些指標(biāo)對收獲期百合種球重量的影 響較大 2 3 賞食百合不同物候期需肥配比篩選 采用大棚框栽和露天基質(zhì) 2種栽培方式 研究 不同水溶肥配比對設(shè)施栽培賞食百合在不同發(fā)育 階段形態(tài)指標(biāo)的影響 結(jié)合與種球發(fā)育相關(guān)的關(guān) 鍵形態(tài)指標(biāo) 篩選出最優(yōu)施肥配比 2 3 1 賞食百合苗期和蕾期需肥配比篩選 由圖 4可知 大棚框栽百合在苗期和蕾期施用30 10 10 20 20 20水溶肥 植株莖粗略高于其他處理 但差異不顯著 露天基質(zhì)栽培在苗期和蕾期施用 20 20 20水溶肥 植株莖粗高于其他處理 且顯著 高于 CK 大棚框栽百合在苗期和蕾期施用20 20 20水溶肥 其株高顯著高于其他處理 露天基質(zhì)栽 培百合在蕾期施用20 20 20 15 20 25 10 30 20水溶肥 株高顯著高于其他處理 大棚框栽百合 植株冠幅在苗期和蕾期各處理間差異不顯著 露 天基質(zhì)栽培百合植株冠幅在苗期和蕾期各處理間 差異不顯著 大棚框栽百合在苗期和蕾期施用20 20 20水溶肥 其葉片數(shù)較多 但與其他處理無顯 著差異 露天基質(zhì)栽培百合在苗期和蕾期施用20 20 20水溶肥 葉片數(shù)顯著高于 CK 大棚框栽在苗 江 西 農(nóng) 業(yè) 學(xué) 報(bào) 37 卷26 期和蕾期施用20 20 20水溶肥 其葉寬大于其他 處理 露天基質(zhì)栽培百合苗期施用30 10 10水溶 肥 蕾期施用20 20 20水溶肥 葉寬大于其他處 理 大棚框栽百合在苗期和蕾期的葉長不同施肥 處理間差異較小 露天基質(zhì)栽培苗期葉長各處理 間無顯著差異 蕾期施用20 20 20水溶肥 葉長 顯著大于 CK 綜上所述 大棚框栽 露天基質(zhì)在百 合苗期和蕾期施用20 20 20水溶肥 有利于百合 植株莖粗 株高 葉數(shù)和葉寬的增長 從而促進(jìn)百 合種球膨大 收獲期種球重量 g 收獲期種球重量 g 收獲期種球重量 g 收獲期種球重量 g 收獲期種球重量 g 收獲期種球重量 g 收獲期種球重量 g 收獲期種球重量 g 圖3 收獲期種球重量與花期 種球膨大期百合種球發(fā)育情況的相關(guān)性分析 圖4 不同設(shè)施栽培方式和施肥配比對賞食百合苗期 蕾期植株發(fā)育的影響 2 3 2 賞食百合花期和種球膨大期需肥配比篩選 由圖 5可知 大棚框栽百合的種球直徑在花期各處 理間無顯著差異 在種球膨大期施用20 20 20 15 20 25 10 30 20水溶肥 種球直徑顯著大于其 他處理 大棚框栽百合在花期施用20 20 20水溶 肥 種球縱徑顯著大于 CK 在種球膨大期施用不 同配比水溶肥種球縱徑無顯著差異 露天基質(zhì)栽培 百合在花期施用不同配比水溶肥 種球縱徑無顯著 差異 在種球膨大期施用20 20 20水溶肥 種球縱 徑顯著大于 CK 大棚框栽百合在花期施用30 10 10 10 30 20水溶肥 種球圍徑顯著大于 CK 在 種 球膨大期施用30 10 10水溶肥 種球圍徑顯著大 4期 27聶功平等 基于機(jī)器視覺的賞食百合物候期識(shí)別與栽培應(yīng)用及花性狀鑒定分析 于 CK 露天基質(zhì)栽培百合在花期施用不同配比水 溶肥與 CK差異不顯著 在種球膨大期施用20 20 20 15 20 25 10 30 20水溶肥 種球圍徑顯著 大于 CK 大棚框栽百合在花期和種球膨大期施用 30 10 10水溶肥 種球重量顯著大于 CK 露天基 質(zhì)栽培百合在花期施用水溶肥 種球重量與 CK無 顯著差異 在種球膨大期施用20 20 20 15 20 25 水溶肥 種球重量顯著大于 CK 綜上所述 在花期 和種球膨大期施用20 20 20 15 20 25水溶肥 有助于提高收獲期百合種球的圍徑和重量 種球膨大期 種球膨大期 種球膨大期 種球膨大期 圖5 不同設(shè)施栽培方式和施肥配比對賞食百合花期 種球膨大期種球發(fā)育的影響 2 4 賞食百合物候期的機(jī)器識(shí)別 采用Alexnet Goolenet resnet vgg進(jìn)行模型參 數(shù)訓(xùn)練 訓(xùn)練輪次為50輪 Goolenet Alexnet模型 訓(xùn)練50輪后的損失值分別為0 338和0 255 精確 度分別為0 929 0 895 resnet34 resnet50 resnet50 32x4d resnet101 resnet101 32x8d模型訓(xùn)練50輪 后損失值分別為0 182 0 222 0 230 0 264 0 25 0 精確度分別為0 932 0 919 0 91 0 0 932 0 899 vgg11 vgg13 vgg16 vgg19模型訓(xùn)練50輪后損失 值分別為0 168 0 202 0 252 0 284 精確度分別為 0 933 0 905 0 915 0 890 圖 6 圖 7 其中vgg11 損失值最小 為0 168 精確度最高 為0 933 說明該 模型最好 可實(shí)現(xiàn)百合不同發(fā)育階段的自動(dòng)識(shí)別 圖6 不同模型訓(xùn)練50輪的損失值和精確度 2 5 賞食百合花器官的機(jī)器識(shí)別 由圖 8可知 通過對 Open CV參數(shù)的調(diào)整 可以 較好地對賞食百合整花和各部分器官等目標(biāo)進(jìn)行檢 測 對整花 外花被片 內(nèi)花被片等花器官輪廓分割 較為精準(zhǔn) 而對花絲 柱頭 子房等較小花器官輪廓 的分割存在誤差 有待進(jìn)一步優(yōu)化參數(shù) Open CV圖 像處理方法可以進(jìn)一步根據(jù)花器官目標(biāo)圖形輪廓繪 制外接矩形 最小外接矩形 外接圓 從而獲得目標(biāo) 及標(biāo)尺的像素長 寬 周長 面積等指標(biāo) 根據(jù)標(biāo)尺 實(shí)際長度測算花器官實(shí)際長 寬 周長和面積 江 西 農(nóng) 業(yè) 學(xué) 報(bào) 37 卷28 分類 出苗期 預(yù)測概率 0 996 分類 苗期 預(yù)測概率 0 852 分類 蕾期 預(yù)測概率 0 969 分類 花期 預(yù)測概率 1 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 0 1000 2000 3000 4000 5000 0 1000 2000 3000 4000 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 0 1000 2000 3000 4000 5000 0 1000 2000 3000 4000 分類 種球膨大期 預(yù)測概率 0 999 0 1000 2000 3000 4000 圖7 vgg11模型對百合各生長發(fā)育階段實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)識(shí)別 圖8 Open CV對賞食百合花器官的分割 2 6 花器官機(jī)器識(shí)別算法與傳統(tǒng)方法的誤差分析 機(jī)器視覺技術(shù)可以提高生產(chǎn)過程中性狀調(diào)查 和評價(jià)效率 但是不同花器官形狀差別較大 因此 不同測定方法存在一定的誤差 由表 1可知 對比 機(jī)器視覺測定方法和傳統(tǒng)測定方法 大部分表型 指標(biāo)的均方誤差 均方根誤差 平均絕對誤差均較 小 其中整花寬的均方誤差 均方根誤差 平均絕 對誤差較大 分別為4 9580 2 2267 1 5808 推測 可能是人為主觀測定的花朵長寬與機(jī)器視覺外接 矩形測定的長寬標(biāo)準(zhǔn)不一致 導(dǎo)致誤差較大 柱頭 直徑 花絲直徑 子房直徑的決定系數(shù)異常 表明 機(jī)器識(shí)別算法與傳統(tǒng)測定結(jié)果存在較大誤差 原 因可能是柱 頭 花絲 子房細(xì)長彎曲的形態(tài)導(dǎo)致外 接矩形無法擬合真實(shí)圖像 花絲直徑與傳統(tǒng)測定 方法的相關(guān)系數(shù)為負(fù)值 柱頭直徑與傳統(tǒng)測定方 法的相關(guān)系數(shù)較小 這也表明了花絲直徑 柱頭直 徑的機(jī)器視覺測定方法誤差較大 有待進(jìn)一步優(yōu) 化算法 3 討論 3 1 賞食百合種球發(fā)育的影響因素 賞食百合作為一種新型功能花卉品種 如何 有效縮短籽球發(fā)育成為商品種球 是當(dāng)前賞食百 合產(chǎn)業(yè)亟需解決 的問題 探究賞食百合種球發(fā)育 規(guī)律與影響因素是解決賞食百合產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)和栽 4期 29聶功平等 基于機(jī)器視覺的賞食百合物候期識(shí)別與栽培應(yīng)用及花性狀鑒定分析 培的基礎(chǔ) 百合鱗莖作為地下器官 針對種球發(fā)育 規(guī)律的相關(guān)研究較少 夏宜平等 11 研究指出 百合 鱗莖具有 庫 和 源 的雙重屬性 負(fù)責(zé)營養(yǎng)積累 和供能 在百合生長發(fā)育前期 鱗莖內(nèi)淀粉降解可 供給地上部生長發(fā)育 隨著地上部葉片生長并具 備光合作用能力后 光合產(chǎn)物積累 進(jìn)而為地下鱗 莖生長提供養(yǎng)分支持 4 本研究結(jié)果顯示 百合鱗 莖從出苗期 苗期 蕾期逐漸縮小 到花期 種球膨 大期 收獲期逐漸膨大 并在苗期發(fā)育形成新的種 球芽點(diǎn) 這與前人的研究結(jié)果一致 營養(yǎng)物質(zhì)的持 續(xù)積累是百合鱗莖生長過程中膨大和發(fā)育的必要 條件 12 營養(yǎng)物質(zhì)的積累受植株生長狀態(tài)的直接 影響 因此 本研究調(diào)查了苗期 蕾期植株形態(tài)指 標(biāo) 花期 種球膨大期種球膨大情況 并與收獲期 種球重量進(jìn)行了關(guān)聯(lián)分析 確定了 10個(gè)與收獲期 種球重量高度相關(guān)的關(guān)鍵指標(biāo) 表1 機(jī)器視覺測定結(jié)果與傳統(tǒng)人工測定結(jié)果的誤差分析 指標(biāo) 均方誤差 均方根誤差 平均絕對誤差 決定系數(shù) 相關(guān)系數(shù) 整花長 1 2965 1 1386 0 7393 0 7290 0 8903 整花寬 4 9580 2 2267 1 5808 2 4345 0 7599 外花被片長 1 6990 1 3034 1 0185 0 6689 0 9037 外花被片寬 0 0572 0 2391 0 1928 0 8522 0 9465 內(nèi)花被片長 1 1292 1 0626 0 7034 0 7757 0 9411 內(nèi)花被片寬 0 1616 0 4020 0 2752 0 5824 0 8365 柱頭長 0 0736 0 2713 0 2166 0 9689 0 9904 柱頭直徑 0 4632 0 6806 0 5439 713 8120 0 2208 花絲長 0 1396 0 3736 0 2766 0 9522 0 9976 花絲直徑 0 2253 0 4746 0 4277 259 6770 0 5568 子房長 0 0847 0 2910 0 2157 0 8562 0 9369 子房直徑 0 0149 0 1222 0 1036 1 4880 0 8811 植株生長狀態(tài)受水肥管理等栽培措施的影 響 隨著水肥一體化等設(shè)施栽培技術(shù)的發(fā)展 篩選 適宜的水溶肥配比對百合栽培至關(guān)重要 廖育林 等 13 研究認(rèn)為 氮肥和鉀肥對百合生長發(fā)育的影 響較大 王甫才等 14 認(rèn)為鉀肥是影響鱗莖發(fā)育和 膨大的關(guān)鍵指標(biāo) 高年春等 15 在新鐵炮百合的研 究中表明 定植后葉面噴施氮肥 抽莖后施用配比 為 1 1的氮磷鉀肥 采花后施用少量磷鉀肥 曲 偉紅 等 16 研究發(fā)現(xiàn) 基肥對提高百合產(chǎn)量及總糖 粗淀粉含量有顯著促進(jìn)作用 磷肥有助于提高百 合水溶性糖含量 氮肥對增加百合粗纖維和粗蛋 白含量起到關(guān)鍵作用 路喆 17 研究表明 鋅 硼 錳等微量元素對提高百合鱗莖產(chǎn)量和品質(zhì)具有重 要作用 本研究結(jié)果顯示 大棚框栽 露天基質(zhì)在 百合苗期和蕾期施用20 20 20水溶肥 有利于提 高苗期莖粗 苗期葉數(shù) 蕾期莖粗 蕾期葉數(shù) 蕾 期株高 在花期和種球膨大期施用20 20 20 15 20 25水溶肥可有效提高種球圍徑和重量 3 2 基于機(jī)器視覺的賞食百合物候期自動(dòng)化識(shí)別 隨著人工智能技術(shù)和農(nóng)業(yè)監(jiān)測技術(shù)的突破性 進(jìn)展 以深度學(xué)習(xí)模型為基礎(chǔ)的作物發(fā)育監(jiān)測已 全面發(fā)展并突顯應(yīng)用價(jià)值 18 傳統(tǒng)上采用人工觀 察作物生長狀態(tài)進(jìn)行栽培決策 通過小范圍單點(diǎn) 數(shù)據(jù)判斷物候期 水肥狀況 病蟲害情況 作物長 勢等 對從業(yè)者生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)要求極高受觀察者主觀 影響較大 只適用于小規(guī)模農(nóng)戶栽培 不適合大規(guī) 模生產(chǎn) 19 因此 有必要收集數(shù)據(jù)和訓(xùn)練合適的 模型輔助生產(chǎn)決策 提高作物產(chǎn)量和品質(zhì) 張善文 等 20 基于物聯(lián)網(wǎng)和卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對冬棗進(jìn)行病害 識(shí)別 成功應(yīng)用于冬棗大規(guī)模病害防治 劉凱 21 基于YOLOv5模型結(jié)合注意力機(jī)制改進(jìn)得到SK YOLOv5模型 實(shí)現(xiàn)對蘋果園墑情監(jiān)測 病害識(shí)別 和果實(shí)計(jì)數(shù)的管理 朱永寧等 22 采用卷積神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)識(shí)別枸杞的花期和果期 許增等 23 改進(jìn)輕量級 YOLO模型 實(shí)現(xiàn)了對蘋果幼果期 膨大期和成熟 期的識(shí)別 Ferentinos 24 采用AlexNet GoogLeNet 和VGG 對包含58個(gè)類別的25種植物的87848張 圖像進(jìn)行訓(xùn)練 進(jìn)行植物葉片的病蟲害監(jiān)測試驗(yàn) 結(jié)果表明基于VGG卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分類模型準(zhǔn)確 率優(yōu)于其他CNN模型 對植物病蟲害識(shí)別提供了 幫助 本研究確定了不同物候期賞食百合的需肥 規(guī)律 并進(jìn)一步收集不同物候期圖片6465張 采 用Goolenet Ale xne resnet34 resnet50 resnet50 32x4d resnet101 resnet101 32x8d vgg11 vgg13 江 西 農(nóng) 業(yè) 學(xué) 報(bào) 37 卷30 vgg16 vgg19等模型進(jìn)行訓(xùn)練 篩選并確定了vgg11 模型的精確度最高 可實(shí)現(xiàn)百合不同發(fā)育階段的 自動(dòng)識(shí)別 從而輔助進(jìn)行水肥一體化設(shè)施栽培 3 3 基于機(jī)器視覺的賞食百合花器官表型性狀鑒定 賞食百合花器官表型性狀鑒定對賞食百合 觀賞性狀質(zhì)量監(jiān)測和育種具有重要意義 傳統(tǒng)上 主要采用人工測定方法定量表型性狀 人工成本 高 精確度受測定人操作影響 且對于面積等指標(biāo) 測定難度較大 機(jī)器視覺技術(shù)的廣泛應(yīng)用為圖像 分析提供了便利 可用于植物表型性狀的圖像識(shí) 別和定量分析 呂丹瑜等 25 采用Matlab圖像處理 技術(shù)提取茶葉信息 通過改進(jìn)的HSV圖像提取算 法計(jì)算葉面積 結(jié)果優(yōu)于傳統(tǒng)面積計(jì)算方法準(zhǔn)確 度高 崔世鋼等 26 利用數(shù)碼相機(jī)獲取葉片圖像 基 于圖像處理技術(shù)對采集的葉片圖像進(jìn)行圖像分割 和輪廓提取 統(tǒng)計(jì)葉片區(qū)域和輪廓區(qū)域像素?cái)?shù) 進(jìn) 而計(jì)算葉片面積和周長 陳玉青等 27 結(jié)合Android 系統(tǒng)手機(jī)平臺(tái)與圖像處理技術(shù) 利用Open CV圖像 處理方法和SQLite小型數(shù)據(jù)庫讀寫數(shù)據(jù) 設(shè)計(jì)建 立冬小麥葉面積指數(shù)的測量系統(tǒng) 張哲等 28 利用 圖像處理算法開發(fā)葉面積計(jì)算軟件 配套手持掃 描儀創(chuàng)建葉面積測量方法測定西瓜葉片面積 本 研究誤差分析結(jié)果顯示 除花絲 柱頭等細(xì)長彎曲 的器官測定誤差較大外 其他花器官表型測定誤 差較小 尤其是在花器官面積和周長測定上具有 較大的應(yīng)用價(jià)值 另外 基于數(shù)碼產(chǎn)品獲取的圖像 存在畸變 28 會(huì)對最終的計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生影響 因此 在今后的研究中需要進(jìn)行幾何校正 以降低測定 誤差 4 結(jié)論 本研究表明 苗期和蕾期百合消耗種球營養(yǎng)促 進(jìn)植株發(fā)育 種球發(fā)育停滯 花期和種球膨大期植 株發(fā)育停滯 種球開始發(fā)育 與百合種球膨大相關(guān) 性較高的指標(biāo)由大到小依次為 種球膨大期種球 重量 種球膨大期種球圍徑 苗期莖粗 苗期葉數(shù) 蕾期莖粗 花期種球重量 蕾期株高 蕾期葉數(shù) 種 球膨大期種球縱徑 花期種球圍徑 大棚框栽 露 天基質(zhì)在百合苗期和蕾期施用20 20 20水溶肥 有利于提高苗期莖粗 苗期葉數(shù) 蕾期莖粗 蕾期 葉數(shù) 蕾期株高 在花期和種球膨大期施用20 20 20 15 20 2 5水溶肥 有助于提高種球圍徑和重 量 從而提高收獲期種球重量 通過收集百合不同 發(fā)育階段表型圖片和訓(xùn)練模型 實(shí)現(xiàn)了田間百合 生長發(fā)育階段的自動(dòng)識(shí)別與記錄 其中vgg11的損 失值最小 0 168 精確度最高 0 933 模型最好 通過篩選獲得最優(yōu)的圖像處理參數(shù) 獲得了賞食 百合整花 外花被片 內(nèi)花被片 花絲 柱頭 子房 的長 寬 面積 周長等指標(biāo) 誤差分析結(jié)果表明 除形狀細(xì)長彎曲的花絲和柱頭寬度測定誤差較大 外 其他指標(biāo)誤差較小 可通過進(jìn)一步優(yōu)化應(yīng)用于 田間花器官性狀表型調(diào)查 參考文獻(xiàn) 1 陳敏敏 楊云堯 韓炘 等 15份百合鱗莖營養(yǎng)及活性成 分的綜合分析 C 中國園藝學(xué)會(huì) 第十八屆中國球宿 根花卉年會(huì)論文集 呼和浩特 2024 116 117 2 李艷偉 楊妍妍 孫亞玲 等 基于轉(zhuǎn)錄組分析植物激素 對洋蔥鱗莖膨大發(fā)育的調(diào)控機(jī)制 J 生物技術(shù)通報(bào) 2025 41 2 187 201 3 侯志強(qiáng) 楊世鵬 張海旺 等 菊苣肉質(zhì)根膨大與其生理 及基因表達(dá)變化初步研究 J 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào) 2024 33 9 1765 1774 4 張進(jìn)忠 百合鱗莖離體發(fā)育及淀粉合成相關(guān)酶研究 D 廣州 華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 2018 5 頡煒清 郭華春 方彥杰 等 天水旱作區(qū)馬鈴薯氮磷 鉀效應(yīng)模型構(gòu)建及其施肥指標(biāo)研究 J 核農(nóng)學(xué)報(bào) 2023 37 8 1668 1680 6 Mohajer Z S N Asil M H Olfati J A et al Effect of dif ferent nutrient solution and irrigation regimes on growth of lily LA Hybrid Fangio J Advances in Horticultural Science 2020 33 4 529 535 7 吳超 基于計(jì)算機(jī)視覺的玫瑰鮮切花質(zhì)量分級評價(jià) D 昆明 昆明理工大學(xué) 2019 8 李想 基于計(jì)算機(jī)視覺的花卉分級系統(tǒng)研究 D 天津 天津理工大學(xué) 2015 9 王鍵 梁春嬌 郭俊先 等 基于OpenCV確定植物葉片 面 積 J 分子植物育種 2020 18 6 2023 2027 10 鄭露露 基于機(jī)器視覺的葡萄葉片病害識(shí)別研究與應(yīng) 用 D 哈爾濱 東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 2021 11 夏宜平 鄭慧 俊 黃春輝 徐偉韋 東方百合鱗莖更新 發(fā)育的碳同化物積累與分配 J 核農(nóng)學(xué)報(bào) 2006 5 417 422 12 田栩瑞 生長 素 水楊酸和磷酸銨處理對百合鱗莖發(fā) 生和膨大的效果評價(jià)及應(yīng)用 D 武漢 華中農(nóng)業(yè)大 學(xué) 2024 13 廖育林 鄭圣先 戴平安 等 磷鉀硼鋅肥對百合 白術(shù) 產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收的影響 J 土壤通報(bào) 2006 6 1146 1151 4期 31聶功平等 基于機(jī)器視覺的賞食百合物候期識(shí)別與栽培應(yīng)用及花性狀鑒定分析 14 王甫才 馬子駿 周存月 等 百合施用鉀肥的效果研 究 J 浙江農(nóng)村技術(shù)師范?？茖W(xué)校學(xué)報(bào) 1998 1 13 15 17 15 高年春 桂勇武 邵和平 等 新鐵炮百合籽播栽