[發明專利]一種小麥條銹病演化規律可視化表現方法

有效

• 申請號: 201810444195.7
• 申請日: 2018-05-10
• 公開（公告）號: CN108596907B
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 孫云云;江朝暉;繆振興;賈新宇;魏雅鹛
• 申請（專利權）人: 安徽農業大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/62;G06T3/40
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 何梅生

1.一種小麥條銹病演化規律可視化表現方法，其特征按如下步驟進行：

步驟1：按如下過程進行區域劃分：

步驟1.1：將被監測區域劃分為各子區域，構成被監測區域的子區域集合Q表征為：Q＝{Q_i}，i＝1,2,3,…,m，區域Q_i是指第i個子區域，m為子區域的總數；

步驟1.2：針對每個子區域中的所有小麥進行編號，區域Q_i內的小麥植株集合P_i表征為：P_i＝{P_i,j}，j＝1,2,3,…,n；小麥植株P_i,j是指區域Q_i內的第j株小麥，n為區域Q_i內的小麥植株總數；

步驟1.3：針對每株小麥中的所有葉片進行編號，小麥植株P_i,j中的葉片集合L_i，j表征為：L_i,j＝{L_i,j,k}，k＝1,2,3,…,s；葉片L_i,j,k是指小麥植株P_i,j中的第k個葉片，s為小麥植株P_i,j中的葉片總數；

步驟2：按如下過程采集獲得已發生條銹病的小麥葉片圖像：

采集獲得t時刻的小麥葉片L_i,j,k的圖像T1，判斷圖像T1是否具有條銹病特征；

若所述圖像T1具有條銹病特征，將t時刻關于小麥葉片L_i,j,k的條銹病標記符號S_i,j,k,t置為1；針對所述圖像T1，計算獲得葉片病斑面積A1和葉片面積A2，所述面積單位為px；將所述圖像T1保存在存儲區M1_i,j,k,t中；對所述圖像T1進行處理獲得圖像T2，所述處理是指去除復雜背景，只保留條銹病病斑，將所述圖像T2保存在存儲區M2_i,j,k,t中，隨后進入步驟3；

若所述圖像T1中不具有條銹病特征，將t時刻關于小麥葉片L_i,j,k條銹病標記符號S_i,j,k,t置為0，隨后進入步驟3；

步驟3：按如下過程在葉部、植株和子區域三個尺度下分別統計小麥條銹病受害程度：

步驟3.1：由式(1)計算獲得小麥葉片L_i,j,k的葉部相對病害程度R1_i,j,k,t：

步驟3.2：由式(2)計算獲得小麥植株P_i,j的植株相對病害程度R2_i,j,t：

式(2)中N為小麥植株P_i,j中的具有條銹病特征葉片的個數，

步驟3.3：由式(3)計算獲得區域Q_i中的區域相對病害程度R3_i,t

步驟4：按如下步驟將葉部相對病害程度、植株相對病害程度以及區域相對病害程度分別作為式(4)所表征的三維螺旋線數學模型中的參數建立三層模型：

式(4)中ρ為常數，F(t)為病害程度變量，G(t)是位置變量，H(t)是時間變量；

所述三層模型分別是：

利用葉片集合L_i,j建立第一層模型；所述第一層模型為葉部模型，用于展示小麥條銹病在葉部尺度上的病斑發生規律，以及集合L_i,j內具有條銹病特征的葉片的分布規律；

利用小麥植株集合P_i建立第二層模型；所述第二層模型為植株模型，用于展示小麥條銹病在植株尺度上的病害程度變化規律，以及在集合P_i內具有條銹病葉片的植株的分布規律；

利用子區域集合Q建立第三層模型；所述第三層模型為區域模型，用于展示小麥條銹病在區域范圍內病害的發展規律，以及在集合Q內各子區域病害程度的分布規律。

2.根據權利要求1所述的小麥條銹病演化規律可視化表現方法，其特征是，在所述步驟4中按如下過程建立三層模型：

步驟2.1：將式(4)中的病害程度變量F(t)、位置變量G(t)和時間變量H(t)一一對應分別由式(5)、式(6)和式(7)所表征的葉部病害程度變量F₁(t)、位置變量G₁(t)和時間變量H₁(t)代替，從而獲得第一層模型，即植株內葉部模型；

F₁(t)＝R1_i,j,k,t (5)；

位置變量G₁(t)是指集合L_i,j中葉片L_i,j,k在螺旋模型上的弧度大小；Δt表示時刻t和時刻t+1之間的時間間隔，時間變量H₁(t)是指集合L_i,j中葉片L_i,j,k所在z軸的位置；

在三維直角坐標系中繪制第一層模型，繪制過程中，根據葉部病害程度變量F₁(t)值的大小來設定相應的所繪制的點(x，y，z)的顏色，若F₁(t)＞0，將M2_i,j,k,t中條銹病病斑圖片縮放到對應節點上；

在所述第一層模型中，螺旋結構中用弧度來表示不同葉片位置、用不同高度來表示不同時刻、用離中心軸線的距離來表示不同條銹病程度；

在三維直角坐標系中作所述第一層模型的螺旋線在xoy平面的投影獲得投影圖形T3，將所述投影圖形T3保存在存儲區M3_i,j,t中，以所述投影圖形T3展示植株內具有條銹病特征的葉片的分布規律；

在xoy平面上過原點作θ＝G₁(t)的射線，沿z軸正方向平移該射線則形成平面d1，將所述平面d1與所述第一層模型的螺旋線的交點的集合中的條銹病病斑圖像按照時間順序拼接成圖像T4，將圖像T4保存在存儲區M4_i,j,k,t中，以所述圖像T4展示小麥條銹病在病斑尺度上的發生規律；

步驟2.2：將式(4)中的病害程度變量F(t)、位置變量G(t)和時間變量H(t)一一對應分別由式(8)、式(9)和式(10)所表征的植株病害程度變量F₂(t)、位置變量G₂(t)和時間變量H₂(t)代替，從而獲得第二層模型，即植株模型：

F₂(t)＝R2_i,j,t (8)；

位置變量G₂(t)是指小麥集合P_i中植株P_i,j在螺旋模型的弧度大小；Δt表示時刻t和時刻t+1之間的時間間隔，時間變量H₂(t)是指集合P_i中植株P_i,j所在z軸的位置；

在三維直角坐標系中繪制第二層模型，繪制過程中，根據植株病害程度變量F₂(t)值的大小來設定相應的所繪制的點(x，y，z)的顏色，若F₂(t)＞0，將M3_i,j,t中的投影圖形縮放到對應節點上；

在所述第二層模型中，螺旋結構中用弧度來表示不同植株、用不同高度來表示不同時刻、用離中心軸線的距離來表示不同植株病害程度；

在三維直角坐標系中作所述第二層模型的螺旋線在xoy平面的投影獲得投影圖形T5，投影圖形T5保存在存儲單元M5_i,t中，以所述投影圖形T5展示子區域中小麥患病植株分布規律；

在xoy平面上過原點作θ＝G₂(t)的射線，沿z軸正方向平移該射線所產生的平面d2，所述平面d2與所述第二層模型的螺旋線交點集合中的投影圖形按照時間先后拼接成圖像T6并保存在M6_i,j,t中，所述圖像T6展示植株P_i,j中的條銹病葉片病害程度變化規律；

步驟2.3：將式(4)中的病害程度變量F(t)、位置變量G(t)和時間變量H(t)一一對應分別由式(11)、式(12)和式(13)所表征的區域病害程度變量F₃(t)、位置變量G₃(t)和時間變量H₃(t)代替，從而第三層模型，即區域模型；

F₃(t)＝R3_i,j,t (11)；

位置變量G₃(t)是指集合Q中子區域Q_i在螺旋模型上的弧度大小；Δt表示時刻t和時刻t+1之間的時間間隔，時間變量H₃(t)是指集合Q中子區域Q_i所在z軸的位置；

在三維直角坐標系中繪制第三層模型，繪制過程中，根據區域病害程度變量F₃(t)值的大小來設定相應的所繪制的點(x，y，z)的顏色，若F₃(t)＞0，將M5_i,t中的投影圖形縮放到對應節點上；

所述第三層模型，螺旋結構中用弧度來表示不同子區域、用不同高度來表示不同時刻、用離中心軸線的距離來表示不同區域病害程度；

在三維直角坐標系中作所述第三層模型的螺旋線在xoy平面的投影獲得投影圖形T7，將投影圖形T7保存在存儲單元M7_t中，以所述投影圖形T7展示各子區域發生程度的分布規律；

在xoy平面上過原點作θ＝G₃(t)的射線，沿z軸正方向平移該射線形成平面d3，將所述平面d3與所述第三層模型的螺旋線的交點的集合中的投影圖形按照時間順序拼接成圖像T8保存在存儲區M8_i,t中，以所述圖像T8展示小麥條銹病在區域范圍內病害的發展規律；

步驟2.4：將展示界面分為三個部分，分別是CLOSELOOK、OVERLOOK和KF；所述CLOSELOOK為病斑圖像展示區，用于展示存儲在M1_i,j,k,t中的病斑圖像；所述OVERLOOK為原始圖像展示區，用于展示存儲在M2_i,j,k,t中的具有條銹病特征的葉片圖像；所述KF為模型展示區，用于展示三層病害程度螺旋線模型以及各層模型對應的存儲在M3_i,j,t、M5_i,t和M7_t中的投影圖形和存儲在M4_i,j,k,t、M6_i,j,t和M8_i,t中的拼接圖像。