植物水势是反映植物水分生理的一个重要指标,目前常用的压力室法测量植物水势时需要操作者对待测样本截面渗液情况进行观察,以确定水势测量终点。由于观察者对出现渗液的判断标准不同,容易造成较大测量误差。针对这个问题,提出了一种基于机器视觉的植物水势测量终点判断方法,并开发了相应的测量装置。具体研究工作如下:(1)基于机器视觉的水势测量终点判断研究。设计了机器视觉的照明系统,进行了光源、光源形状、光源布局、光源驱动器、辅助器件等的选择;研究了基于机器视觉的水势测量终点判断方法:通过选择不同的光源形状、光源布局、光照强度和光线入射角度等因子组成24个试验组,采用USB摄像头对待测样本截面采集视频,从视频中提取待测样本截面渗液前后的图像,使用Matlab进行图像灰度化、二值化、背景去除和灰度平均值计算,得到灰度平均值的变化量,以变化量最大的试验组作为最佳照明方案。试验结果表明,当选用环形光源、漫射照明、光源入射角90°、光照强度3000Lux时检测效果最佳;以灰度平均值的变化量第一次出现在2~20之间的时刻,能准确指示水势测量终点。(2)测量装置结构设计。阐述了压力室法测量植物水势的原理;在传统压力室法测量水势的基础上引入机器视觉识别技术,并对测量装置整体结构进行了设计,并对其工作原理进行了介绍。重点对测量装置的压力室结构进行了设计:压力室由壳体、顶盖和旋转扳手等组成,选择304不锈钢作为材料。顶盖与壳体通过齿啮式快开结构连接;壳体由筒体、底板、端部法兰、接管、固定耳焊接而成;顶盖由盖板和顶盖法兰组成,通过螺栓进行连接。根据GB150-2011对筒体、底板、开孔及补强等的尺寸进行了计算,采用过程设备强度计算软件SW6-2011进行了强度校核。(3)控制系统设计。根据系统功能需求设计了控制系统的整体构架,包括主控单元、数据采集单元、人机交互单元和执行单元;进行了主控制器、USB摄像头、压力传感器、触摸屏、电磁阀、比例阀等控制系统硬件的选型;开发了控制系统软件。该软件采用嵌入式Linux技术,在Windows系统上进行程序代码的编写,通过PC-Linux虚拟机系统进行交叉编译,生成在ARM-Linux图像处理程序上运行的可执行文件。控制系统软件通过触摸屏进行人机交互,实现待测样本选择、信息实时显示、数据采集、数据存储、控制决策等功能。(4)基于机器视觉的水势测量样机性能测试试验。以番茄和甜椒为待测样本,以传统压力室法作为对照,对样机的测量速度和测量精度进行了测试,以检验样机性能。试验结果表明:对于番茄样本,样机和传统压力室法测量一个待测样本用时分别为5.2min和6.2min,使用样机节约用时16.1%;平均误差为0.01MPa,平均相对误差为1.11%;对于甜椒样本,样机和传统压力室法测量一个待测样本用时分别为5.2min和6.3min,使用样机节约用时17.5%;平均误差为0.01MPa,平均相对误差为1.20%;基于机器视觉的水势测量方法提高了测量速度和测量精度。