فایل ورد قابل ویرایش

توضیحی مختصر از مقاله  :

دانلود مقاله روش پردازش تصوير جهت تعيين ميزان هدايت الكتريكي خاك 

چكيده

  بررسي وضعيت خاك هاي  كشاورزي  يكي از مهمترين دغدغه هاي بخش كشاورزي و كشاورزان است. از مهمترين ويژگيهاي خاك تعيين شوري خاك با استفاده از ميزان هدايت الكتريكي آن است. در روش مرسوم جهت تعيين ميزان  هدايت الكتريكي خاک از دستگاه EC متر استفاده ميشود. در اين طرح هدف تعيين ميزان  هدايت الكتريكي خاك با استفاده از روش پردازش تصوير و مقايسه آن با نتايج بدست آمده در طرح پايش  خاك هاي كشاورزي خراسان رضوي  كه توسط بخش خاك و آب مركز تحقيقات در حال انجام است، ميباشد. در اين تحقيق با استفاده از نمونه هاي تهيه شده در طرح پايش و آناليز رنگ تصاوير اسكن رنگي نمونه ها توسط اسكنر جنيوس(Genius)  مدل Color Page - HR6X Slim ، همبستگي آناليز رنگ نمونه ها با ميزان هدايت الكتريكي خاك مورد بررسي و با ضريب همبستگي بيش از 85% مورد تائيد قرار گرفته است و نشان ميدهد كه ميتوان با استفاده از روش پردازش تصوير در مورد ميزان هدايت الكتريكي خاك اظهار نظر نمود.      

كليد واژه: پردازش تصوير- خاك- هدايت الكتريكي- كدهاي رنگي RGB

 مقدمه

   از مهمترين عمليات كشاورزي شناخت خاك به عنوان بستر اصلي رشد و نمو گياه است. جهت شناخت خاك آزمايشات زيادي صورت ميگيرد كه از مهمترين آن تعيين هدايت الكتريكي كه بيانگر شوري خاك است. شوری خاک یکی از عوامل محدود کننده رشد گیاهان به حساب می آید.در خاکهای مناطق خشک همانند ایران شوری وجود دارد.شوری خاک بر اثر تجمع املاح خاک می باشد و با افزایش غلظت املاح محلول افزایش می یابد.در مناطقی که میزان بارش در آنها برای نیازهای تبخیری و تعرقی گیاهان کافی نیست نمک از خاک آبشویی نمی شود و در مقادیر مضری برای گیاهان در خاکها تجمع می یابد.اما ٬ در هر حال مسایل مربوط به نمک محدود به مناطق خشک و نیمه خشک نمی باشد و ممکن است در مناطق نیمه مرطوب نیز تحت شرایط مخصوص به خود توسعه یابد.منابع اصلی شوری خاک را تخریب کانی های خاک ٬ بارش اتمسفری و نمکهای فسیل(نمکهایی هستند که از محیط های دریایی یا دریاچه های قدیمی به جا مانده اند)تشکیل می دهند. فعالیت بشر از قبیل آبیاری و استفاده از آبهای کاملا شور یا مواد زائد صنعتی نیز باعث افزایش نمک در خاک می شود.تعیین شوری خاک از آنجایی که این املاح در روی گیاه غالبا به طور غیرمستقیم و از طریق تاثیر بر پتانسیل اسمزی و در نتیجه کاهش جذب رطوبت بوسیله ریشه ها و بذرهای  جوانه زده تاثیر می گذارد ٬ دارای اهمیت فراوانی است. لذا کشت دائم خاک مستلزم کنترل شوری است.املاحی که توسط آب آبیاری به خاک اضافه می شوند٬می باید به طریق آبشویی از خاک خارج شوند(نشريه فني موسسه آب و خاك).

تقسیم بندی زیر نیز بر حسب هدایت الکتریکی عصاره ی اشباع خاک برای خاکها داریم:(واحد هدایت های الکتریکی دسی زیمنس بر متر می باشد)

1- خاکهای غیر شور با EC<2 :کشاورزی دچار کمبود محصول نخواهد بود.

2- خاکهای با شوری کم EC=2-4 خاکی که دارای مقداری کاهش محصول می باشد.

3- خاکهای با شوری متوسط EC=4-8 فقط گیاهان مقاوم به شوری رشد می کنند.

4- خاکهای با شوری زیاد EC=8-16 از نظر کشاورزی قابلیت استفاده ندارند٬مثل زیستگاه گیاهان شورپسند مانند آترپیلکس.

5- خاکهای با شوری خیلی زیاد EC>16 گیاهان قادر به رشد و نمو در آن نیستند(بنائي و همكاران 1383).

جهت تشخيص وضعيت شوري و مقايسه رنگ خاك ميتوان  از روش پردازش تصوير استفاده كرد در اين روش با استفاده از اسكنر سطح خاك اسكن شده و تصوير تهيه شده توسط اسكنر توسط نرم افزار مطلب(MATLAB) كه قابليت پردازش تصوير را دارد، تجزيه رنگ ميگردد. رنگ هاي اجسام از تركيب سه رنگ اصلي قرمز، سبز و آبي تشكيل شده است كه به كدهاي رنگي معروف است كه كدهاي رنگي بر اساس رنگ  از صفر تا 255  تقسيم بندي ميشود. پردازش تصویر رقمی دانش جدیدی است که سابقه آن به پس از اختراع رایانه های رقومی باز می گردد. با این حال این علم نوپا در چند دهه اخیر از هر دو جنبه نظری و عملی پیشرفتهای چشمگیری داشته است. سرعت این پیشرفت به اندازه ای بوده است که هم اکنون و پس از این مدت نسبتا″ کوتاه، به راحتی می توان رد پای پردازش تصویر رقومی را در بسیاری از علوم و صنایع مشاهده نمود.در پردازش تصاویر رقمی، معمولا از شیوه هایی که به شکل الگوریتم بیان می شود، استفاده می گردد. بنابراین غیر از تصویربرداری و نمایش تصویر، می توان اغلب عملیات پردازش تصویر را با نرم افزار اجرا کرد. تنها علت استفاده از سخت افزار ویژه پردازش تصویر، نیاز به سرعت بالا در بعضی کاربردها و یا غلبه بر بعضی محدودیت های اساسی رایانه است.بنابراین سامانه های پردازش تصویر امروزی ترکیبی از رایانه های متداول و سخت افزارهای ویژه پردازش تصویر است که کار همه آنها به وسیله نرم افزار در حال اجرا روی رایانه اصلی هدایت می شود.از مشخصه های علم پردازش تصویر، كاربردي بودن آن در زمینه های متفاوت است. بنابراین فنونی که در یک مورد خوب کار می کنند، ممکن است در دیگری کاملا″ ضعیف باشند. تنها فایده وجود سخت افزار قوی و نرم افزار پایه در حال حاضر این است که نقطه شروع کار نسبت به یک دهه پیش پیشرفته تر( و بازای صرفا کسری از هزینه آن موقع) می باشد. بطور کلی هنوز هم پیدا کردن راه حل واقعی برای یک مساله خاص نیازمند تحقیق و توسعه فراوان است(خادمی و جعفری،1387). پردازش تصویر کاربردهای مهمی دارد از آن جمله می توان به کاربرد آن در عکاسی، پزشکی، امنیتی، نظامی، سنجش از راه دور، صنعتی و کشاورزی اشاره نمود. فرايند پردازش تصوير مطابق دياگرام شكل 1 ميباشد:   

در اين فرآيند ابتدا تصاوير اسكن شده  با رزولوشن خوب در حد dpi 600 تهيه شده و سپس تصاوير طي مراحل مختلف پيش پردازش و پردازش توسط نرم افزار مطلب در بخش پردازش تصوير مورد بررسي قرار گرفته و پيكسل هاي مختلف تصوير را در قالب ماتريسهاي  سه رنگي RGB نمايش ميدهد.

 مواد و روشها

   اين تحقيق با استفاده از نمونه هاي خاك تهيه شده در طرح پايش خاكهاي كشاورزي خراسان رضوي انجام گرفته است . نمونه هاي خاك به تعداد 20 عدد كه بر اساس روش آزمايشگاه خشك و سپس با الك دو ميلي متری غربال و آماده شده است جهت اسكن با  اسكنر جنيوس(Genius)  مدل Color Page - HR6X Slim مورد استفاده قرار گرفت. درجه اسكن با حداكثر رزولوشن(600dpi) و جهت تفكيك بهتر رنگ، با كنتراست 30 و روشنائي 20 تنظيم شده و سپس نمونه ها بر روي سطح اسكنر به ابعاد 5 در 5 سانتي متر پخش و از سطح زیرین خاك اسكن شد.تصاوير تهيه شده مورد بررسي و آناليز پردازش تصوير قرار گرفته که نتايج آناليز رنگ با نتيجه آناليز مواد آلي نمونه ها ی آزمايشگاه مورد مقايسه قرار گرفته و همبستگي بین آنها بررسي گردید.

 الگوريتم پردازش :

   هر تصویر دیجیتال شامل تعداد زیادی پیکسل است که در تصاویر رنگی هر پیکسل تصویر از سه لایه رنگ اصلی قرمز و سيز و آبي قرمز , ابی , سبزRGB) )  تشکیل شده است که ترکیب این سه رنگ پیکسل را ایجاد می کند . برای کار کردن با تصاویر دیجیتال در نرم افزار های کامپیوتری تصویر مورد نظر به یک ماتریسی از اعداد تبدیل می شود ، این ماتریس در تصاویر سیاه-سفید و تصاویر خاکستری ماتریسی دو بعدی است که مقدار هر پیکسل آن از صفر که نشان دهنده رنگ سیاه می باشد تا 255 که نشان دهنده رنگ سفید می باشد متغیر است. ماتریس در تصاویر رنگی ماتریسی سه بعدی است که بعد سوم آن شامل 3 لایه به اختصار R , G , B  است که عددی که در درون هر یک از این لایه ها قرار دارد از 0 تا 255 می تواند تغییر کند.در استاندارد  RGB مقدار عددي رنگ قرمز ، سبز و آبي در محدوده 0تا 255  ميباشد(خادمي 1387).