电阻层析成像技术(Electrical Resistance Tomography,简称ERT)作为电学成像的一个重要研究领域,以其快速,无扰动,无辐射,性价比高等优点,现已成为各国学者的研究热点之一,并在石油、化工以及地质勘探等多个领域具有广阔的应用前景。本课题将ERT技术应用到电子农业领域,提出了块茎电阻成像TERT(Tuber Electrical Resistance Tomography)的研究方向。TERT系统通过电学成像技术来更好地获得农田土壤中植物块茎的生长状态等信息,对农作物灌溉、施肥和块茎植物的精细种植都有很大帮助,并具有广泛应用前景和实用价值。本文着重对植物块茎图像重建算法进行深入比较研究,首先设计了基于MATLAB的仿真平台,对成像算法进行理论仿真研究;其次开发了 TERT系统上位机软件,通过获得的敏感场边界电压信号对重建算法进行对比实验研究,并重建出二维/三维图像,最终完成了整个TERT系统的搭建。本文主要工作包括:1.块茎基础成像算法的比较研究。对基础成像算法,尤其对算法中的迭代法与直接法,时效性与精确度进行对比研究,选择了适合于TERT系统成像条件的基础算法。2.块茎基础成像算法的组合优化研究。对已选择的基础成像算法进行组合优化分析,取长补短形成了一种新型组合算法,使块茎截面成像更为真实有效,且符合系统精度要求。3.灰色区域提取与图像噪点检测优化。组合算法的成像精度虽得到提升,但边界仍较模糊。本文首先采用大津阈值算法提取成像周围的灰色过渡区域,再利用遗传算法对提取的灰色单元进行二值化处理,最后利用自定义的噪点检测算法剔除图像噪点,从而得到了精度更高的块茎截面图像。4.基于实物块茎比较的轮廓曲线拟合及三维模型重建。将经过处理场域分布清晰明确的块茎轮廓与实物块茎进行对比,发现重建的块茎轮廓"硬直"失真。故采用三次B样条曲线以及双三次.B样条曲面拟合技术拟合块茎轮廓、构建立体轮廓表面,从而得到更为逼近真实植物块茎三维模型重建的有关算法。5.软件设计开发与块茎电阻成像算法的对比实验验证研究。利用块茎成像数据采集系统获得真实敏感场边界电压信号并对算法进行实验验证研究,重建植物块茎的三维模型。并针对不同情况,对上位机软件平台及算法反复进行比较研究与优化调整,使之更加符合实际情况。