电阻层析成像(Electrical Resistance Tomography,简称ERT)作为电学成像的一个重要分支,由于其快速、无扰动、无辐射、性价比高等优点,在石油、化工以及地质勘探等多个领域具有广阔的应用前景。课题组将ERT技术应用到电子农业领域,拓展出块茎电阻成像(Tuber Electrical Resistance Tomography,简称 TERT)新型研究领域。块茎电阻成像技术能对植物块茎的生长状态和位置信息进行非侵入式的可视化监控,符合精准农业栽培技术的要求,为新品种培育和电子农业提供了一种可视化检测手段和工具。本文对多块茎电阻成像的理论和实验进行了较为深入地研究。首先建立了基于COMSOL Multiphysics的多块茎物理场模型,对多块茎的TERT正问题进行了仿真分析与研究;其次设计并修正了适合多块茎电阻成像的图像重建算法;最后在课题组研究建立的TERT-I型样机上进行了实验研究,最终建立并完善了多块茎电阻成像系统。本文的主要工作包括:(1)多块茎电阻成像的正问题研究。进行多块茎物理建模;分别对空场情况和存在多个块茎的物理场进行仿真分析研究,对场域中块茎的个数不同、位置不同及形状不同的情况进行对比分析,总结与之相应的规律特性,为多块茎图像重建打下基础。(2)多块茎图像重建算法的研究。将定性算法LBP和定量算法MNR引入到TERT系统中,对场域中存在多块茎的情况进行图像重建,比较成像结果,归纳总结规律特性。(3)对图像重建算法得到的图像进行图像后处理,经过图像二值化、数学形态学处理、边缘提取等步骤之后,以此得到较为清晰的土壤/块茎等多相介质的分布图像。(4)模拟实验研究。基于对TERT-I型样机进行数据获取可行性的系统分析,利用水介质和绝缘尼龙棒分别代替土壤和块茎进行了模拟实验研究,以此来验证多块茎图像重建算法的可行性和可靠性,并进行了具体分析。(5)饱和土壤介质和马铃薯块茎的成像实验研究。利用TERT-I型样机系统,对饱和土壤介质和马铃薯块茎进行实际的实验研究,验证多块茎图像重建算法和和数据处理方法。对马铃薯块茎在不同个数、不同位置及不同大小的分布成像情况进行了对比实验与分析,验证了多块茎成像的可行性和可靠性。