根系是植物从土壤等介质环境中获取水分和养分的重要器官，它在介质空间中的形态分布状况(三维构型)很大决定了其吸收水分和养分的空间范围及其同其它植物根系竞争能力。因此，准确观测和分析植物根系的三维构型对理解和改善植物根系吸收水分和养分的能力具有十分重要的意义。然而，其生长环境的特殊性及其构型的复杂性使得传统的根系测量工具和测量方法难以实现对植物根系进行原位、快速、无损的三维观测和准确分析。针对现有根系观测技术方法存在的问题，华南农业大学“植物根系三维数字化与可视化技术研究”课题组，在国家“863”计划专题项目等多项重要课题的支持下，对基于X射线计算机层析成像技术(XCT)的植物根系原位成像方法、图像处理与分析方法以及三维可视化技术进行了一系列的研究和探索，旨在实现对植物根系进行原位、三维的可视化观测和自动、准确的定量分析。本文的研究工作正是在课题组前期研究成果的基础上，对基于空间断层序列图像的植物根系三维构型参数的测量和分析方法开展了重点研究，并完成了植物根系原位三维可视化分析系统的程序设计和软件实现。本文的主要研究工作如下：　　1)植物根系原位CT图像的采集与处理。采用医用MSCT设备和课题组自行研制的植物根系层析成像设备分别对种植在培养土中的植物根系样本进行断层图像采集，获取了两组根系样本CT序列图像：样本1为378层16位的根系断层序列图像；样本2为208层12位的根系断层序列图像。然后利用计算图像处理技术对根系CT序列图像进行预处理、图像分割和形态学处理，提取到完整的根系断层区域。　　2)植物根系三维矢量模型的构建方法研究。采用活动轮廓模型(Shake模型)提取出分割后的根系区域轮廓，然后对其进行椭圆拟合以获取不同断层上根系区域的中心坐标(即骨架点)、长短半轴及倾斜角等基本参数。在此基础上，提出一种新的根系三维骨架提取算法，即对根系骨架点云进行分组，再利用样条曲线对根系骨架点云进行分段拟合，以生成根系的三维骨架线。另外，利用轮廓连接法对已提取的根系区域的椭圆轮廓进行三维重构，构建和显示根系的三维模型。　　3)植物根系三维可视化方法的研究。为探索适宜于根系CT序列图像数据的三维重建方法，对常用的三维重建算法进行了对比研究与测试分析。试验结果表明，移动立方体(MC)算法和合成体绘制算法在绘制速度、绘制效果和交互速度上表现良好。　　4)根系三维构型参数的测量。针对现有根系测量工具和测量方法存在的问题，对根系三维构型参数的测量方法进行了研究，采用自动测量和交互式测量相结合的方法对植物原位根系三维构型参数的进行定量测量。对植物根系的三维表面积和体积的实现了自动测量。采用“针刺取点法”对根系特定结构点进行三维空间坐标拾取，实现了根系特定点直径和分支夹角的交互式测量。　　5)植物根系三维可视化分析系统的实现。在Visual Stdio C++6.0的开发平台下，采用计算机编程语言C++结合图像处理开发工具包Open CV、分割与配准工具箱ITK(Insight Segmentation and Registration Toolkit)和可视化工具箱VTK(VisualizationToolkit)，实现了上述所提出的相关算法，并开发完成了植物根系原位三维可视化分析系统。　　综上所述，本文对基于空间断层序列图像的植物根系三维矢量模型的构建方法、三维可视化方法和主要三维构型参数的测量方法进行了重点研究，开发了植物根系原位三维可视化分析系统，实现了对原位根系CT序列图像的分割、三维可视化、定量测量和分析等功能，为生长在介质环境中植物根系进行原位、三维的可视化观测和定量分析提供了一种有效的技术手段和系统工具。