Совершенствование способа определения цветовых характеристик волокнистых пучков при автоматизированном анатомическом анализе льняных стеблей

В популяции травяной лягушки заповедника «Ко-логривский лес» преобладают самки. Так, доля самок в 2010 году составила 72,00%, а в 2011 году -68,75% от общего количества животных. Это говорит о благополучном в репродуктивном отношении положении данной популяции.

Анализ цветовых морф лягушек популяции показал преобладание крапчатой (Punctata) - 31,25% и пятнистой (Maculata) - 31,25% вариантов окраски. Реже встречаются чистая без пятен (Burnsi) -18,75% и полупятнистая (Hemimaculata) - 12,50%. Менее всего распространённой оказалась полосатая морфа окраски (Striata) - 6,25%.

Травяная лягушка, как массовый вид земноводных, играет важную роль в экосистемах природного заповедника, являясь консументом первого (головастики), второго и третьего порядков и потребляя множество наземных насекомых: жуков, двукрылых, перепончатокрылых, гусениц. Также в рацион травяной лягушки входят моллюски, дождевые черви и пауки. Сами травяные лягушки являются объектами охоты многих позвоночных животных: ужей, гадюк, хищных птиц, многих млекопитающих. Мониторинг количественных и качественных характеристик популяций массовых видов - значимых участ-

ников трансформации энергии в цепях питания -имеет важное значение в исследованиях природных биоценозов.

В последние годы всё более сокращается плотность земноводных на антропогенно трансформированных территориях, изменяются характеристики их популяционных структур, наблюдаются фенотипические изменения [2]. Значительно меньше страдают популяции, обитающие на территориях, имеющих природоохранный статус, поэтому именно они могут служить контрольными (фоновыми) при изучении процессов, происходящих в антропогенно трансформированной среде.

Библиографический список

1. Максимов С.В. Биоиндикация состояния сред обитания с использованием земноводных рода Rana в условиях южного Нечерноземья России (на примере Брянской области): Автореф. дис. ... канд. биол. наук. - Брянск, 2010. - 23 с.

2. Лебединский А.А., Поморина Е.Н. Некоторые особенности популяции травяной лягушки в связи с её обитанием на урбанизированной территории // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. - Нижний Новгород, 2008. - №2. - С. 91-95.

УДК 677.11.021.1:681.5

Соколов Алексей Сергеевич

Костромской государственный технологический университет

KOSsur@yandex.ru

Федосова Наталья Михайловна

Костромской государственный технологический университет

fedosovanm@mail.ru

Вихарев Сергей Михайлович

Костромской государственный технологический университет

S Vixare v@yan dex. т

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СПОСОБА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЦВЕТОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ВОЛОКНИСТЫХ ПУЧКОВ ПРИ АВТОМАТИЗИРОВАННОМ АНАТОМИЧЕСКОМ АНАЛИЗЕ ЛЬНЯНЫХ СТЕБЛЕЙ

В статье предложен способ определения одревесневшей площади волокнистых пучков на изображениях поперечных срезов льняных стеблей с использованием нечеткой логики. В частности, приведены функции принадлежностей пикселей изображения к одревесневшей или остальной части волокнистого пучка, а также результаты анализа изображений полученных срезов льняных стеблей по предложенному алгоритму.

Ключевые слова: анатомический анализ, волокнистые пучки, одревесневшая площадь, пиксель, функция принадлежности.

Анатомический анализ льняных стеблей считается одним из самых точных спосо-. бов оценки качества волокна, залегающего в них. В результате многочисленных исследований установлены корреляционные зависимости между анатомическими характеристиками стеблей и технологическим качеством льна, предложены те или иные критерии диагностики анатомического строения, позволяющие упростить анализ. Однако до настоящего времени он недостаточно распространен ввиду сво-

ей трудоемкости. Также одним из его недостатков является изрядная доля субъективизма - органолептической оценки ряда характеристик. К числу основных характеристик анатомического строения следует отнести форму и размеры волокнистых пучков, форму и размеры элементарных волокон и каналов в них, степень однородности элементарных волокон по форме и размерам, толщину стенки элементарного волокна, долю одревеснения элементарных волокон в волокнистых пучках и некоторые другие.

20

Вестник КГУ им. Н.А. Некрасова ♦ № 1, 2012

© Соколов А.С., Федосова Н.М., Вихарев С.М., 2012

В работе [1] предложен способ оценки анатомического строения льна путем автоматизированного анализа изображений поперечных срезов стеблей, обоснован выбор анатомических характеристик, разработаны алгоритм обработки изображений и программные средства его реализации. В частности, предложено определять степень одревеснения волокон путем отнесения площади одревесневщих участков пучков к общей площади, занимаемой волокнистыми пучками на срезе. Следует отметить, что общепринятая методика определения степени одревеснения волокон предполагает подсчет на срезе количества элементарных волокон, связанных поясками одревеснения, и общего количества волокон и не учитывает часто весьма существенные различия элементарных волокон в пучке по размерам. В указанной работе представлены результаты оценки цветовых характеристик волокнистых пучков, залегающих в разных зонах по длине стеблей (вершина, середина, комель) различных селекционных сортов (табл. 1).

Как видно из представленных данных (табл. 1), основное влияние на определение пучков на срезе играет В-составляющая цвета. Диапазон В-состав-ляющей пучков составляет 34; 83, в то же время диапазон В-составляющей одревесневшей площади пучков - 93; 120.

Предложенный в работе [1] алгоритм подсчета площади и определения принадлежности пикселя изображения к площади пучка является нестабильным и сложным, а также предполагает высокое качество изображений поперечных срезов стеблей. Одним из возможных направлений его совершенствования является оценка принадлежности пикселей анализируемых изображений к одревесневшей или неодревесневшей площади по цветовой составляющей на основе аппарата нечеткой логики.

На основании экспериментальных данных работы [1] возможно построить кривые распределения пикселей обработанных изображений по их принадлежности к одревесневшей или неодревесневшей площади лубяного пучка (рис. 1). Кривые на рисунке 1 отражают долю пикселей с определенным значением В-составляющей в общей массе всех пикселей исследованных образцов, принадлежащих к той или иной группе координат качества (одревеснение - неодревеснение) в пограничных областях. Результаты данных экспериментов и полученные по ним кривые достоверно отражают распределение и связь графических координат с их качественными аналогами (одревеснение - неодревеснение пучков) для исследованных сортов льна.

В частности, за функции принадлежности предложено считать кривые принадлежности пикселя на

Таблица 1

Цветовые характеристики волокнистых пучков, залегающих в стеблях различных селекционных сортов льна

Селек- цион- ный сорт льна Зона залегания волокнистых пучков Номер образца RGB R G B sRGB sR sG sB bRGB

Зарянка вершина 1 77б3б19 179 176 59 12165828 12 7 120 5434533

2 1064B390 172 185 81 16804065 ІЗ 30 120 7453873

3 12927042 189 211 63 19390564 27 61 120 4444208

середина 1 15000000 192 225 65 10000000 0 0 120 7613459

2 10931777 171 199 72 16397666 0 42 120 5976418

3 10б921б5 198 203 63 16038247 41 49 120 4822955

комель 1 109B1B45 209 205 83 18403699 63 71 140 6589107

2 7103307 178 167 54 6962918 254 230 140 5682646

3 97б3221 189 183 63 14644832 27 18 140 6212215

ТОСТ 5 вершина 1 B142544 174 167 62 12213817 57 148 93 5699781

2 947336b 196 192 63 14210052 38 32 120 5117665

3 5б1б734 159 142 63 8425101 238 213 120 5408331

середина 1 4426415 112 97 34 11209047 247 227 120 3873113

2 5459324 153 129 41 11209047 247 227 120 3821527

3 7B26011 169 157 59 11209047 247 227 120 5478208

Твер- ской середина 1 6211216 130 130 47 11967561 241 242 120 6211216

2 6530992 152 150 49 7205300 202 190 100 4571694

комель 1 7658719 158 153 63 11488079 237 229 120 4521416

2 7B12B37 168 165 59 11967561 241 242 120 5468986

Примечание: RGB - общая характеристика цвета пучков; R - красная (Red) составляющая цвета пучков; G -зеленая (Green) составляющая цвета пучков; B - синяя (Blue) составляющая цвета пучков; sRGB - общая характеристика цвета одревесневшей площади; sR - красная (Red) составляющая одревесневшей площади; sG - зеленая (Green) составляющая одревесневшей площади; sB - синяя (Blue) составляющая одревесневшей площади; bRGB - общая характеристика цвета площади, не относящейся к срезу.

і

0,8

0,6 0,4 0,2 0

24 34 41 47 43 54 59 62 63 65 72 Ё1 83 ЭЗ 100 120 140

Рис. 1. Нормализованные кривые принадлежности пикселя по В-составляющей к отрезкам В и sB.

Примечание: по оси абсцисс указано состояние октета В-составляющей цвета пикселя, по оси ординат -

— пучок одревесневшая площадь

24 34 41 47 49 54 59 62 63 65 72 81 83 93 100 120 140

Рис. 2. Функции принадлежности пикселя к пучку или одревесневшей площади пучка.

Примечание: по оси абсцисс указано состояние октета В-составляющей цвета пикселя, по оси ординат - степень принадлежности пикселя, ед.

По результатам вычисления функций принадлежности пикселя к той или иной части волокнистого пучка определяем размер площади путем подсчета количества пикселей, принадлежащих тому или иному отрезку. Каждый пиксель имеет определенную площадь, сумма которых и будет искомой характеристикой, необходимой для оценки степени одревеснения волокнистых пучков на изображении поперечного среза льняного стебля.

Реализация предложенного алгоритма позволит более точно и объективно оценивать такие анатомические характеристики льна, как площадь волокнистых пучков и степень их одревеснения.

Библиографический список

1. Болонкин В.А. Совершенствование методов и средств изучения строения льна по анатомическим и морфологическим признакам: Дис. ... канд. техн. наук / Костромской государственный технологический университет. - Кострома, 2010. - 156 с.

отрезке с учетом обратной кривой принадлежности пикселя другому отрезку:

Г °-

0,0002  I3 - 0,0115  I2 + 0,3256 - 3,2588,

/ад= 1,

-0,0001 • I3 + 0,0117 'Х2 + 0,4007,

V 0,

где Щх) - функция принадлежности пикселя к площади пучка; Е(х) - функция принадлежности пикселя к одревесневшей площади пучка; й(х) - функция принадлежности пикселя к оставшейся площади пучка.

Результаты анализа изображений полученных срезов льняных стеблей по предложенному алгоритму представлены на рисунке 2.

х<24

24 < х< 73

73 < х< 83

83 < х < 140

х > 140