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利用二维图像评价Y形苹果幼树的分形特征

作　者: 雷桢桢
导　师: 张社奇
学　校: 西北农林科技大学
专　业: 生物物理学
关键词: Y形苹果幼树二维图像分形维数计盒维数树体结构空间结构 CRL
分类号: S661.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 22次
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内容摘要

果树树体结构影响着果树营养、生殖以及苹果的产量和品质，并且成为园艺学工作者长期关注的热点研究内容之一。然而，苹果树的树体结构是一种复杂的几何形状。传统的研究方法是通过干高、枝条长度、枝条开张角度、枝叶比率、枝量以及枝类组成来描述树体的结构特征，并未涵盖树体二维和三维结构的总体特征，因而在指导果树整形修剪时，存在准确性差和实用性不足等弊端。本文旨在获取描述树体结构的新方法，以一年生Y形苹果幼树为试材，采用分形理论，研究了不同品种果树二维图像的分形特征。获得以下主要结论：1.五个品种的Y形苹果幼树的分形维数对比发现，果树树体结构的分形维数与枝条长度和数量呈正相关的关系，且不同品种的分形维数存在显著差异；5个苹果品种幼树二维图像的分形维数表现为：长富2号>玉华早富>富红早嘎>烟富6号>丽嘎啦。2.二维图像的正视图和侧视图对比发现，侧视图大于正视图，这与实际的结构特征表现是一致的。正视图的分形维数介于1.697-1.554，侧视图的分形维数介于1.699～1.563。3.为描述叶片在果树树体结构中的空间分布，本研究提出了叶片贡献率（CRL）的概念，即有叶树和除叶树二维图像的分形维数之差。它在很大程度上反映了叶片在树体结构中的占比。4.在叶片贡献率的概念基础上，有叶片树和除叶片树的分形维数差异极显著。对于正视图来说，有叶片树的分形维数介于1.592-1.661之间，除叶片树的分形维数介于1.280-1.405之间；CRL介于15.13%-19.6%之间。对于侧视图来说，有叶片树的分形维数介于1.627-1.728之间，无叶片树的分形维数介于1.329-1.433之间，CRL介于16.55%-18.87%之间。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章文献综述  10-21
  1.1 苹果树形结构研究的目的  10-11
    1.1.1 陕西省苹果产业状况  10
    1.1.2 果树树体结构与“Y”形苹果树结构  10-11
  1.2 果树树形结构与整形修剪的关系  11-12
  1.3 树形结构评价的研究进展  12-13
  1.4 分形理论及其应用  13-18
    1.4.1 分形的概念  13-14
    1.4.2 分形理论的重要特征——自相似性和分形维数  14-16
    1.4.3 分形理论的应用  16-17
      1.4.3.1 在工程学中的应用  16-17
      1.4.3.2 在物理学中的应用  17
      1.4.3.3 在生物学和化学中的应用  17
      1.4.3.4 在林业科学中的应用  17
      1.4.3.5 在地震中的应用  17
      1.4.3.6 在水文和地理学中的应用  17
    1.4.4 分形理论在植物形态结构中的研究进展  17-18
  1.5 苹果树形结构的分形维数  18-19
  1.6 本研究的目的和意义  19-21
第二章不同品种间分形维数及分形特征的分析比较  21-29
  2.1 材料与方法  21-23
    2.1.1 研究区概况  21
    2.1.2 试验材料的处理  21-22
    2.1.3 试验树的选取  22
    2.1.4 冠层枝条的统计  22
    2.1.5 三维树形结构二维图像的获取  22
    2.1.6 利用计盒维数（Box-counting dimension）测定二维图像的”盒子数”  22-23
    2.1.7 苹果树二维图像分形维数的计算  23
  2.2 结果与分析  23-27
    2.2.1 不同苹果品种“Y”形幼树枝条长度和数量的差异  23-24
    2.2.2 不同苹果品种“Y”形幼树二维图像正视图的分形维数及其与枝条的关系  24-26
    2.2.3 不同苹果品种“Y”形幼树二维图像侧视图的分形维数及其与枝条的关系  26-27
    2.2.4 不同苹果品种“Y”形幼树二维图像正视图和侧视图分形维数的比较  27
  2.3 小结  27-29
第三章利用二维图像的分形维数分析叶片对树形结构的贡献率  29-41
  3.1 引言  29
  3.2 材料与方法  29-33
    3.2.1 试验材料  29
    3.2.2 果树冠层枝条统计  29-30
    3.2.3 叶片干重统计  30
    3.2.4 图像的采集及处理  30-32
    3.2.5 苹果树二维图像分形维数的计算  32-33
    3.2.6 计算叶片对树体结构的贡献率  33
  3.3 结果与分析  33-40
    3.3.1 不同品种间枝条长度和叶干重的差异  33-34
    3.3.2 比较五个品种 Y 形苹果幼树的正视图的分形维数  34-35
    3.3.3 比较五个品种 Y 形苹果幼树的侧视图的分形维数  35-36
    3.3.4 比较正视图和侧视图的分形维数  36-38
    3.3.5 分形维数与叶干重的关系  38
    3.3.6 分形维数与枝条长度的关系  38-40
  3.4 讨论  40
  3.5 小结  40-41
第四章结论与展望  41-43
  4.1 研究结论  41-42
  4.2 研究展望  42-43
参考文献  43-47
致谢  47-48
作者简介  48

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