开发一个动态轮廓模型技术为基础之线上观测平台并应用于植物生长.PDF

生物學報（2008 ）43(1): 25-31 開發一個動態輪廓模型技術為基礎之線上觀測平台並應用於植物生長 情形監測 1 1 1 2* 蔡哲民 王建仁 賴峻廷 傅耀賢 1 崑山科技大學資訊管理系 2 高雄醫學大學生物醫學暨環境生物學系 （收稿日期：2007.9.13 ，接受日期：2007.10.31 ） 摘 要 本研究運用改良之動態輪廓模型 (Active Contour Model) 演算法來製作一套同時具備即時植 物影像追蹤與生長量測記錄之觀測平台，透過本平台可線上針對所欲觀測進行遠距而即時之植物觀 察、測量與生長追蹤。此一即時觀測平台使用CCD Camera 進行影像的擷取，並以 Java程式開發 而成。本系統運作上只需於首度使用時以滑鼠針對植株或標的構造做概略的圈選標示，在完成初步 手動標示後，系統隨即利用動態輪廓模型演算法將物件邊緣資訊進行精確之擷取，同時計算並記錄 該物件質心座標與輪廓區域之面積，並在植物持續之生長過程中進行長時間的連續追蹤、記錄，並 持續更新相關植株生長的量化數據資訊。由於系統運作採用電腦自動化非破壞性量測，故在植物生 長觀測過程中可降低人為的干擾與破壞，可提供相關植物生長與發育實驗觀察之遠距教學應用，並 提供植物學研究中對於特有物種的控制培育條件之觀察與評估，而系統記錄之量測數據亦可供日後 研究人員進行相關影響植物生長因子分析之用。 關鍵詞：動態輪廓模型、即時追蹤、影像標示 緒 言 Sobel運算子 (Gonzalez and Woods, 2002) 進行 邊緣偵測與動態輪廓模型演算法持續追蹤物件 以往在植物的生長觀測過程中大多採用人 輪廓的變化，當植物於生長過程發生變化時系統 工方式，於固定時間間隔針對觀測的植株進行量 將隨時修正並更新物件輪廓位置資訊。除此之 測或採樣，記錄其生長高度、葉片覆蓋面積等資 外，透過 CCD Camera 對欲觀測之植物進行拍 訊。此一觀測方式如於大量的植株觀察情形下， 攝，並透過網路將即時影像傳送給遠端的觀測 不但需耗費大量人力，其生長過程中也易受觀測 者，於是提供觀測者於異地即時進行植物的生長 過程過多的人為操作的干擾影響。 觀測之功能。但受 CCD Camera 進行動態影像畫 為避免上述因觀察方法所衍生之問題，曾有 面擷取中雜訊干擾的影響，常容易造成邊緣輪廓 學者提出一套非破壞性的植物影像量測分析系 收斂錯誤，除此之外，由於植物的生長觀測屬於 統(Chi et al., 2003; Chien et al., 2005) ，該系統採 長時間的物件追蹤，傳統的動態輪廓模型演算法 用監督式的 K-means演算法，故當使用者欲進行 於長時間的運算後易出現過度收斂的情形。為了 植物生長量測時皆須事先制定影像切割的分群 改善舊有演算法上的缺點，本研究提出一套改良 數，因此無法於植物生長過程中進行隨時觀察， 動態輪廓模型演算法之線上植物影像觀測平 並達到自動量測之目的。除此之外，由於該系統 台，改良後的動態輪廓模型演算法除了以傳統的 為單機的操作模式，故當使用者於異地時將無法 動態輪廓模型為基礎外，並且在候選控制點的選 進行遠距觀測與記錄。 擇及移動上加入生物特徵作為考量，以提高輪廓 為進一步改善上述自動化觀測問題，先前我 收斂的正確性。本研究亦