PL213091B1

PL213091B1 - Method of determination of the grass shrubbing

Info

Publication number: PL213091B1
Application number: PL386077A
Authority: PL
Inventors: Tomasz Glab
Original assignee: Univ Rolniczy Im Hugona Kollataja W Krakowie
Priority date: 2008-09-12
Filing date: 2008-09-12
Publication date: 2013-01-31
Also published as: PL386077A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób oznaczania krzewistości traw, pozwalający na zmechanizowanie i zobiektywizowanie pomiarów dla różnych gatunków i odmian traw.The subject of the invention is a method of determining the bushiness of grasses, allowing for the mechanization and objectivization of measurements for various species and varieties of grasses.

Krzewistość traw, rozumiana jako ilość wytworzonych pędów nadziemnych przez pojedynczą roślinę, jest jedną z ważniejszych charakterystycznych cech dla różnych gatunków i odmian traw. Cecha ta jest również uzależniona od szeregu czynników siedliskowych, takich jak warunki glebowe, klimat, czynniki chorobotwórcze, czy szkodniki. Pomiary krzewistości traw są jednym z parametrów pozwalających ocenić odporność gatunku, czy odmiany na czynniki stresowe, np. zimotrwałość. Oznaczenia krzewistości są wykonywane w stacjach hodowli roślin, czy też stacjach oceny odmian, jak też w jednostkach naukowych, instytutach i wyższych uczelniach, zajmujących się badaniem wpływu czynników stresowych na rośliny.The bushiness of grasses, understood as the number of above-ground shoots produced by a single plant, is one of the most important characteristic features for various species and varieties of grasses. This feature also depends on a number of habitat factors, such as soil conditions, climate, pathogens and pests. Measurements of grass shrubbery are one of the parameters that allow to assess the resistance of a species or variety to stress factors, e.g. winter hardiness. Bushiness determinations are performed in plant breeding stations or variety assessment stations, as well as in research units, institutes and universities that study the impact of stress factors on plants.

Dotychczas krzewistość traw jest oznaczana zazwyczaj na roślinach wysiewanych do inspektów, a następnie wysadzanych pojedynczo do gruntu, co pozwala na uzyskanie odizolowanej kępy pojedynczej rośliny. Pomiar krzewistości wykonuje się przez liczenie pędów w kępie. Ilość pędów może być zróżnicowana w bardzo szerokim zakresie od kilku do kilkuset sztuk w zależności od gatunku, wieku rośliny i czynników siedliskowych. Czas pomiaru krzewistości pojedynczej kępy zajmuje często od kilku do kilkunastu minut, w zależności od ilości obiektów, na których należy wykonać pomiary. Zebranie kompletnych wyników może zająć jednemu pracownikowi kilka dni. Poza bardzo wysoką pracochłonnością, metodę tę cechuje duży błąd pomiarowy związany z możliwością występowania pomyłek w trakcie liczenia oraz z trudnością rozpoznania i wydzielenia pędów, zwłaszcza młodych odrostów. Badania przeprowadzone tą metodą w Katedrze Eksploatacji Maszyn, Ergonomii i Podstaw Rolnictwa Uniwersytetu Rolniczego im. Hugona Kołłątaja w Krakowie wskazują, że błąd pomiarowy przy oznaczaniu krzewistości przez różne osoby może przekroczyć 50%. Błąd ten można wyeliminować poprzez zlecenie pomiarów jednej osobie, co nie zmienia faktu, iż oznaczona liczba pędów może dość znaczenie odbiegać od rzeczywistej ilości pędów w kępie.Until now, the bushiness of grasses is usually determined on plants sown in frames, and then planted individually into the ground, which allows for obtaining an isolated clump of a single plant. The bushiness is measured by counting the shoots in the clump. The number of shoots can vary widely, from a few to several hundred, depending on the species, age of the plant and habitat factors. The time of measuring the bushiness of a single clump often takes from several to several minutes, depending on the number of objects on which the measurements should be made. It may take a single employee several days to collect complete results. In addition to a very high labor consumption, this method is characterized by a large measurement error related to the possibility of errors in counting and the difficulty of recognizing and separating shoots, especially young shoots. Research carried out using this method at the Department of Machine Operation, Ergonomics and Fundamentals of Agriculture, University of Agriculture. Hugo Kołłątaj in Kraków indicate that the measurement error in determining bushiness by different people may exceed 50%. This error can be eliminated by commissioning the measurements to one person, which does not change the fact that the marked number of shoots may differ significantly from the actual number of shoots in the cluster.

Inną metodą stosowaną w oznaczaniu krzewistości traw jest metoda bonitacyjna, polegająca na wzrokowej ocenie krzewistości roślin i przyznaniu punktacji w zakresie 0-9 pkt. Metoda ta jest szybka, pozwala w krótkim czasie oznaczyć krzewistość dziesiątek czy setek kęp, często równocześnie z oceną innych cech roślin. Należy sobie zdawać sprawę, że jest to jedynie ocena szacunkowa i mało precyzyjna, wystarczająca jedynie dla wyznaczenia ogólnej tendencji zmian krzewistości.Another method used in determining the bushiness of grasses is the valuation method, which consists in visually assessing the bushiness of plants and awarding a score in the range of 0-9 points. This method is quick, it allows you to quickly determine the bushiness of tens or hundreds of clumps, often simultaneously with the assessment of other plant characteristics. It should be realized that this is only an estimate and not very precise, sufficient only to determine the general tendency of changes in bushiness.

Celem wynalazku jest opracowanie metody oznaczania krzewistości, która cechowałaby się małą pracochłonnością, dużą dokładnością i powtarzalnością pomiarów.The aim of the invention is to develop a method for determining bushiness, which would be characterized by low labor consumption, high accuracy and repeatability of measurements.

Istota rozwiązania charakteryzuje się tym, że w pierwszym etapie kępy traw ścina się kosiarką. Ścinanie korzystnie wykonuje się kosiarką listwową na wysokość ok. 5 cm. W drugim etapie końcówki pędów w badanej kępie maluje się białą farbą.The essence of the solution is characterized by the fact that in the first stage the clumps of grass are cut with a mower. Cutting is preferably performed with a bar mower to a height of about 5 cm. In the second stage, the ends of shoots in the tested tuft are painted with white paint.

Malowanie korzystnie wykonuje się farbą akrylową bez rozcieńczania wodą przy pomocy wałka malarskiego o średnicy 3-5 cm. W trzecim etapie fotografuje się aparatem cyfrowym całą powierzchnię wybranej kępy.Painting is preferably done with acrylic paint without diluting with water, using a paint roller 3-5 cm in diameter. In the third stage, the entire surface of the selected clump is photographed with a digital camera.

Fotografowanie korzystnie wykonuje sie z odległości ok. 150 cm przy aparacie ustawionym prostopadle nad powierzchnią ściętej kępy. Następnie, w czwartym etapie kolorowy obraz cyfrowy kępy trawy, korzystnie zapisany w rozdzielczości 300 dpi, poddaje się obróbce komputerowej poprzez wykonanie operacji rozdzielenia kolorowego obrazu na składowe RGB i wydzielenia do dalszych operacji składowej BLUE. Po wydzieleniu wykonuje się binaryzację jednoprogową obrazu, korzystnie z granicą odpowiadającą wartości 230 w skali szarości. Następnie, filtruje się otrzymany obraz, z którego wydziela się obiekty odpowiadające kształtowi i powierzchni przekroju pędów, a w końcowym etapie określa się ilość obiektów na obrazie, która oznacza wartość krzewistości danej kępy trawy.Photographing is preferably made from a distance of about 150 cm with the camera perpendicular above the surface of the truncated tuft. Then, in the fourth step, a digital color image of a grass tuft, preferably saved in a resolution of 300 dpi, is subjected to computer processing by performing the operation of separating the color image into RGB components and separating the BLUE component for further operations. After extraction, a single threshold binarization of the image is performed, preferably with a border corresponding to a grayscale value of 230. Then, the obtained image is filtered, from which objects corresponding to the shape and cross-sectional area of the shoots are separated, and in the final stage, the number of objects in the image is determined, which is the value of the bushiness of a given tuft of grass.

Korzystnie, filtrowanie obrazu dokonuje się poprzez usuwanie z obrazu obiektów o powierzchni mniejszej od 200 pikseli kwadratowych oraz obiektów o wydłużonym kształcie, z których to pozostawia się obiekty o wartości wskaźnika wydłużenia E > 0,8, przy czym do określania wskaźnika wydłużonych obiektów wykorzystuje się zależność:Preferably, image filtering is performed by removing from the image objects with an area smaller than 200 square pixels and objects with an elongated shape, of which the objects with an elongation index value E> 0.8 are left, while the relationship is used to determine the index of elongated objects :

E = (a - b) / (a + b) gdzie:E = (a - b) / (a + b) where:

a - długość w mm większej osi elipsy opisanej na obiekcie, b - długość w mm mniejszej osi elipsy opisanej na obiekcie.a - length in mm of the larger axis of the ellipse described on the object, b - length in mm of the smaller axis of the ellipse described on the object.

PL 213 091 B1PL 213 091 B1

Zaletą sposobu jest duża oszczędność czasu przy zadowalającej dokładności pomiarów.The advantage of the method is a great saving of time with a satisfactory accuracy of measurements.

Sposób oznaczania krzewistości traw polegający na analizie obrazów kęp traw, przeprowadzanej za pomocą komputera pozwala uzyskiwać wynikowy obrazu o odpowiedniej jakości, a jego analiza daje zadowalające wyniki.The method of determining the bushiness of grasses consisting in the analysis of images of grass clumps, carried out with the help of a computer, allows to obtain the resulting image of appropriate quality, and its analysis gives satisfactory results.

Sposób stanowi rozwiązanie przydatne dla precyzyjnego i szybkiego oznaczania krzewistości traw.The method is a useful solution for precise and quick determination of grass shrubbery.

Procedura oznaczania krzewistości traw w przeliczeniu na pojedynczą kępę zajmuje od kilkunastu do kilkudziesięciu sekund. Ponadto, sposób przeprowadzania pomiarów zapewnia dużą powtarzalność pomiarów oraz umożliwia ich wykonywanie przez różne osoby, również przez osoby niewykwalifikowane, nieznające cech budowy morfologicznej pędów traw.The procedure of determining the bushiness of grasses per single clump takes from several to several dozen seconds. Moreover, the method of carrying out measurements ensures high repeatability of measurements and allows them to be performed by various people, also by unqualified persons, who do not know the morphological features of grass shoots.

Przykład realizacji sposobu jest zilustrowany na rysunku, na którym pokazano schematycznie stanowisko pomiarowe ze skoszoną kępą trawy przygotowaną do pomiaru, gdzie zaznaczono ścięte pędy 1, sposób prowadzenia wałka malarskiego 2 i aparat cyfrowy do wykonania zdjęć 3. Sposób według wynalazku przeprowadza się wieloetapowo.An example of the method implementation is illustrated in the drawing, which shows schematically a measuring station with a mowed tuft prepared for measurement, where cut shoots 1, a paint roller guiding method 2 and a digital camera for taking pictures 3 are marked. The method according to the invention is carried out in several stages.

W pierwszym etapie kępy traw ścina się kosiarką, najlepiej listwową, na wysokość ok. 5 cm. Ścięte pędy należy usunąć, przez zgrabienie, ze stanowiska pomiarowego.In the first stage, clumps of grass are cut with a mower, preferably with a bar mower, to a height of approx. 5 cm. Cut shoots should be removed from the measuring stand by raking.

W drugim etapie końcówki pędów 1 maluje się białą farbą, najlepiej akrylową bez rozcieńczania wodą, przy pomocy wałka malarskiego 2 o średnicy 3-5 cm. Malowanie końcówek pędów 1 pozwala na uzyskanie wyraźnego, kontrastowego ich obrazu, co umożliwia ich precyzyjne wydzielenie z tła obrazu.In the second stage, the tips of the shoots 1 are painted with white paint, preferably acrylic, without diluting with water, using a paint roller 2 with a diameter of 3-5 cm. Painting the ends of the shoots 1 allows to obtain a clear, contrasting image of them, which enables their precise separation from the background of the image.

W trzecim etapie fotografuje się aparatem cyfrowym 3 wybrane kępy. Fotografowana powierzchnia powinna mieć wymiary ok. 50 x 50 cm i musi obejmować całą kępę trawy. Zdjęcia najlepiej wykonywać z odległości ok. 150 cm przy aparacie ustawionym prostopadle nad powierzchnią ściętej kępy. Zdjęcia przenosi się do komputera i zapisuje w formacie tiff w rozdzielczości 300 dpi.In the third stage, 3 selected clumps are photographed with a digital camera. The photographed area should be approx. 50 x 50 cm and must cover the entire clump of grass. Pictures are best taken from a distance of approx. 150 cm with the camera positioned perpendicularly over the surface of the cut clump. The photos are transferred to a computer and saved in tiff format with a resolution of 300 dpi.

W czwartym etapie dokonuje się komputerowej obróbki kolorowego obrazu polegającej na kolejno wykonywanych operacjach:In the fourth stage, the color image is processed by computer based on the following operations:

1. Rozdzielenie kolorowego obrazu na składowe RGB, dalsze operacje wykonywane są na składowej BLUE.1. Separation of a color image into RGB components, further operations are performed on the BLUE component.

2. Binaryzacja jednoprogowa z granicą odpowiadającą wartości 230 w skali szarości.2. One-threshold binarization with a border equivalent to a grayscale value of 230.

3. Filtrowanie obrazu poprzez usuwanie obiektów o powierzchni mniejszej od 200 pikseli kwadratowych.3. Filter the image by removing objects smaller than 200 square pixels.

4. Filtrowanie obrazu poprzez usuwanie obiektów o wydłużonym kształcie, przy czym do określania tych obiektów wykorzystano wskaźnik wydłużenia E obliczany ze wzoru:4. Filtering the image by removing objects of elongated shape, where the elongation factor E, calculated from the formula:

E = (a - b) / (a + b) gdzie:E = (a - b) / (a + b) where:

a - długość w mm większej osi elipsy opisanej na obiekcie, b - długość w mm mniejszej osi elipsy opisanej na obiekcie, a na obrazie pozostawia się obiekty, dla których wartość E > 0,8.a - length in mm of the larger axis of the ellipse described on the object, b - length in mm of the smaller axis of the ellipse described on the object, and objects for which E> 0.8 are left in the image.

W ostatnim, piątym etapie, po uzyskaniu obrobionego komputerowo obrazu, obliczana jest liczba obiektów otrzymanych na obrazie stanowiąca wartość krzewistości danej kępy, która jest równoważna liczbie pędów w badanej kępie trawy.In the last, fifth step, after obtaining the computer-processed image, the number of objects obtained in the image is calculated, which is the value of the bushiness of a given tuft, which is equivalent to the number of shoots in the tested tuft of grass.

Metodę oznaczania krzewistości traw opartą na analizie obrazu przetestowano w trakcie trzyletnich badań na kępach różnych gatunków traw, różniących się kształtem i średnicą pędów. Badania przeprowadzono na kępach traw uzyskanych z pojedynczo wysadzanych roślin. Do testów wykorzystano sześć gatunków traw:The method of determining the bushiness of grasses based on image analysis was tested in a three-year study on clumps of various grass species, differing in the shape and diameter of the shoots. The research was carried out on grass clumps obtained from individually planted plants. Six species of grass were used for the tests:

tymotka łąkowa (Phleum pratense), życica trwała (Lolium perenne), wiechlina łąkowa (Poa pratensis), kupkówka pospolita (Dactylis glomerata), kostrzewa łąkowa (Festuca pratensis), stokłosa uniolowata (Bromus unioloides).timothy (Phleum pratense), ryegrass (Lolium perenne), meadow grass (Poa pratensis), cocksfoot (Dactylis glomerata), meadow fescue (Festuca pratensis), common grasshopper (Bromus unioloides).

Przykładowe porównanie wyników dla tymotki łąkowej, uzyskanych metodą tradycyjną poprzez ręczne liczenie pędów oraz metodą analizy obrazu wg przedmiotowego wynalazku, przedstawiono na ₂ wykresie w tab. 1. Wysoka wartość współczynnika korelacji (rxy = 0,951) oraz wskaźnika R² (> 0,9) świadczy o bardzo silnej liniowej zależności pomiędzy wartościami krzewistości dla porównywanych metod.An exemplary comparison of the results for timothy meadow, obtained by the traditional method by manually counting the shoots and by the method of image analysis according to the present invention, is shown in the _second diagram in tab. 1. The high value of the correlation coefficient (rxy = 0.951) and the R ² index (> 0.9) proves a very strong linear relationship between the bushiness values for the compared methods.

Claims

The method of determining the bushiness of grasses, characterized in that, in the first stage, the clumps of grass are cut with a mower, preferably a bar, to a height of approx. 5 cm, in the second stage, the tips of the shoots (1) in the tested cluster are painted with white paint, preferably acrylic, without dilution with water with a paint roller (2) with a diameter of 3-5 cm, in the third stage, the entire surface of the selected clump is photographed with a digital camera (3), preferably from a distance of approx. 150 cm with the camera positioned perpendicularly over the surface of the cut clump, and then in in the fourth stage, a color digital image of a tuft of grass, preferably saved in a resolution of 300 dpi, is subjected to computer processing by performing the operation of separating the color image into RGB components and separating the BLUE component for further operations, followed by binarization of the image, preferably with a limit corresponding to the value of 230 in grayscale, and then the image is filtered from which objects corresponding to the shape and surfaces are separated of the cross-section of the shoots (1), and in the final stage, the number of objects in the image is determined, which is the value of the bushiness of a given grass tuft.

2. The method according to p. The method of claim 1, characterized in that the filtering of the image is performed by removing from the image objects with an area smaller than 200 square pixels and objects with an elongated shape, of which objects with an elongation index value E> 0.8 are left, and for determining this index the relation E = (a - b) / (a + b) is used, where: a length in mm of the larger axis of the ellipse described on the object, b - length in mm of the smaller axis of the ellipse described on the object.