基于叶片数字纹理特征自动识别胡颓子属植物

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb18110086

摘要/Abstract

摘要：

为了探索胡颓子属植物叶片的数字纹理特征变异规律,对苏、浙、皖地区常见的8种胡颓子属植物,提取了基于灰度共生矩阵的叶片纹理参数,分析了叶片纹理参数的种内、种间变异规律,并构建KNN分类模型。结果表明:同种不同地理来源的标本间全部纹理参数是极显著差异,不同种之间仅某一纹理参数有显著差异;随机取132个样本作为训练集,35个作为测试集,构建KNN分类模型,K=6时,正确识别率达到了93.75%。对于特定分布区内的几个胡颓子属植物,叶片数字纹理具有分类识别意义,可用于构建分类模型。

关键词: 植物识别, 胡颓子属, 叶片, 纹理参数, 最近邻分类器

Abstract:

This study aims to explore the variation pattern of leaf digital texture feature of Elaeagnus L.. The leaf texture parameters were extracted based on Gray-level co-occurrence matrix from the eight species of Elaeagnus L. from Zhejiang, Jiangsu, and Anhui Province. The variation pattern of leaf texture parameters was analyzed within and among species. KNN classification model was established. The results showed that all texture parameters of the same species from different geographical sources had highly significant differences, while only one texture parameter had significant difference between different species. The KNN classification recognition model was constructed by 132 random samples as train data, 35 random samples as test data. The correct recognition rate of this model was 93.75% at K=6. The leaf digital texture has the significance of classification recognition to some species of Elaeagnus L. in a certain distribution range, and it can be used to construct k-nearest neighbor classification model.

Key words: plant identification, Elaeagnus L., leaf, texture parameter, k-nearest neighbor classification (KNN)

中图分类号:

S718.49

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Wang Leihong, Cheng Yongsheng, Zheng Yuhong. Automatic Identification of Elaeagnus L. Based on Leaf Digital Texture Feature[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2020, 36(11): 20-25.

图/表 5

参考文献 21

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种名	采集人,标本号,时间,采集地,标本馆/条形码
胡颓子 E. pungens Thunb.	杨文光,297,2015.5.2,河南鲁山通天河,HEAC 0009880;王名金、单汉荣、黄树芝,2310,1957.10.14,江西黎川县武夷山,PE 01015887; 凌萍萍,孙三省,67,1965.4.24,江苏,PE 01015827;邓懋彬,81893,1984.10.17,安徽金寨,NAS NAS00089083;葛斌杰、王正伟、苏永欣,GBJ01360,2012.04.24,浙江省舟山市普陀区朱家尖,CSH0021845;葛斌杰、苏永欣,GBJ01123,2012.01.10,浙江省舟山市普陀区普陀岛,CSH0021756;李宏庆等,SDP04602,2011.11.27,上海光明镇胡家宅附近沿海岸线,CSH0062423; 华东工作站,4460,1951.09.30,安徽舒城县沟二口洪家冲,PE 01015800
毛木半夏 E. courtoisi Belval	武汉大学生物系,1295,1956.05.04,湖北武昌乌龙泉,WUK 0262518;方文培,0894,1959.06.22,安徽省太平县七都七井山,NAS00008784;贺贤育,21447,1957.05.02,浙江省临安市八乡山贵人村,HHBG HZ039340
宜昌胡颓子 E. Henryi Warb.	谭策铭,9610260,1996.11.05,江西武宁县罗溪,林下山谷,alt.1100,PE 01612428;湘西考察队,484,1984.09.09,湖南慈利县索溪峪翟沟湾,山沟边,alt.940,PE 01612428;左家哺, C-245,1985.06.20,贵州省瓮安县朱家山,GFS GFS0008251;
木半夏 E. multiflora Thunb.	陈彬、沈彬,GBJ02552,2014.04.28,江苏省句容市宝华镇宝华山,CSH0072276;周洪富、粟和毅,108055,1964.05.10,重庆奉节县含瑞公社,林缘灌丛,alt.1400, PE 01015690;
牛奶子 E. umbellata Thunb.	葛斌杰、王正伟、苏永欣,GBJ01464, 2012.04.25,浙江省舟山市普陀区朱家尖,CSH0021913;叶喜阳,CTD201305037,2013.05.12,浙江省舟山市岱山县长涂镇大长涂村,CSH0032051;普查标本 20251,19590000,河南栾川县,PE 01016214;方文哲等,13,1962.04.27,南京中山陵,谷地林下路旁,IBK00176134
蔓胡颓子 E. glabra Thunb.		周翔宇、张宪权、王玉勤,CSYZXZ06-0502,2006.11.08,浙江省舟山市普陀区桃花岛沙岙,CSH 0002297;田旗、杨庆华、张宪权、周翔宇 CSYZXZ06-0282,2006.09.25,浙江省舟山市普陀区桃花岛安琪峰,CSH 0002301;库伟鹏、沈彬、苏永欣,XY00523,20150419,浙江省温州市洞头县洞头岛,CSH0085252;田代科、肖艳、莫海波、张成,LS-2545,2013.10. 04, 湖南省湘西土家族苗族自治州龙山县召市镇洞坎村,CSH0104164;佘孟兰,等,26646,1959.04.23,浙江省遂昌县玉岩河山头,NAS00082723
披针叶胡颓子 E.lanceolata Warb.		田代科,肖艳,李春,张成,20130528,湖南省湘西土家族苗族自治州龙山县洛塔乡九瀑溪至猛西村途中, LS-2089CSH0094229;田代科、肖艳、陈岳,LS-988,2013.04.07湖南省湘西土家族苗族自治州龙山县洛塔石林,CSH0033211;鄂神农架植考队,11113,1976.08.10,湖北神农架林区关门山响水河,PE 01020298;傅德志,84093,19840323,重庆武隆县黄和公社,PE 01015368
佘山羊奶子 E. argyi Lévl.		章绍尧,441,19570503,浙江省杭州市法相寺前山,NAS00008668;袁昌齐、岳俊三 2091,19560426;安徽省萧县皇藏峪,NAS00008675;Anonymous,190,1918.04.23,浙江临安市西天目寺前右谷,PE 01014688

种名	采集人,标本号,时间,采集地,标本馆/条形码
胡颓子 E. pungens Thunb.	杨文光,297,2015.5.2,河南鲁山通天河,HEAC 0009880;王名金、单汉荣、黄树芝,2310,1957.10.14,江西黎川县武夷山,PE 01015887; 凌萍萍,孙三省,67,1965.4.24,江苏,PE 01015827;邓懋彬,81893,1984.10.17,安徽金寨,NAS NAS00089083;葛斌杰、王正伟、苏永欣,GBJ01360,2012.04.24,浙江省舟山市普陀区朱家尖,CSH0021845;葛斌杰、苏永欣,GBJ01123,2012.01.10,浙江省舟山市普陀区普陀岛,CSH0021756;李宏庆等,SDP04602,2011.11.27,上海光明镇胡家宅附近沿海岸线,CSH0062423; 华东工作站,4460,1951.09.30,安徽舒城县沟二口洪家冲,PE 01015800
毛木半夏 E. courtoisi Belval	武汉大学生物系,1295,1956.05.04,湖北武昌乌龙泉,WUK 0262518;方文培,0894,1959.06.22,安徽省太平县七都七井山,NAS00008784;贺贤育,21447,1957.05.02,浙江省临安市八乡山贵人村,HHBG HZ039340
宜昌胡颓子 E. Henryi Warb.	谭策铭,9610260,1996.11.05,江西武宁县罗溪,林下山谷,alt.1100,PE 01612428;湘西考察队,484,1984.09.09,湖南慈利县索溪峪翟沟湾,山沟边,alt.940,PE 01612428;左家哺, C-245,1985.06.20,贵州省瓮安县朱家山,GFS GFS0008251;
木半夏 E. multiflora Thunb.	陈彬、沈彬,GBJ02552,2014.04.28,江苏省句容市宝华镇宝华山,CSH0072276;周洪富、粟和毅,108055,1964.05.10,重庆奉节县含瑞公社,林缘灌丛,alt.1400, PE 01015690;
牛奶子 E. umbellata Thunb.	葛斌杰、王正伟、苏永欣,GBJ01464, 2012.04.25,浙江省舟山市普陀区朱家尖,CSH0021913;叶喜阳,CTD201305037,2013.05.12,浙江省舟山市岱山县长涂镇大长涂村,CSH0032051;普查标本 20251,19590000,河南栾川县,PE 01016214;方文哲等,13,1962.04.27,南京中山陵,谷地林下路旁,IBK00176134
蔓胡颓子 E. glabra Thunb.		周翔宇、张宪权、王玉勤,CSYZXZ06-0502,2006.11.08,浙江省舟山市普陀区桃花岛沙岙,CSH 0002297;田旗、杨庆华、张宪权、周翔宇 CSYZXZ06-0282,2006.09.25,浙江省舟山市普陀区桃花岛安琪峰,CSH 0002301;库伟鹏、沈彬、苏永欣,XY00523,20150419,浙江省温州市洞头县洞头岛,CSH0085252;田代科、肖艳、莫海波、张成,LS-2545,2013.10. 04, 湖南省湘西土家族苗族自治州龙山县召市镇洞坎村,CSH0104164;佘孟兰,等,26646,1959.04.23,浙江省遂昌县玉岩河山头,NAS00082723
披针叶胡颓子 E.lanceolata Warb.		田代科,肖艳,李春,张成,20130528,湖南省湘西土家族苗族自治州龙山县洛塔乡九瀑溪至猛西村途中, LS-2089CSH0094229;田代科、肖艳、陈岳,LS-988,2013.04.07湖南省湘西土家族苗族自治州龙山县洛塔石林,CSH0033211;鄂神农架植考队,11113,1976.08.10,湖北神农架林区关门山响水河,PE 01020298;傅德志,84093,19840323,重庆武隆县黄和公社,PE 01015368
佘山羊奶子 E. argyi Lévl.		章绍尧,441,19570503,浙江省杭州市法相寺前山,NAS00008668;袁昌齐、岳俊三 2091,19560426;安徽省萧县皇藏峪,NAS00008675;Anonymous,190,1918.04.23,浙江临安市西天目寺前右谷,PE 01014688

标本馆/条形码	叶片数	能量	熵	惯性	相关
HEAC 0009880	4	0.0814±0.0061	2.9412±0.0630	0.8491±0.2072	0.3791±0.0319
NAS__NAS00089083	6	0.1141±0.0448	2.5769±0.2165	0.2379±0.1133	0.2694±0.1218
PE__01015887	2	0.1616±0.0542	2.7624±0.0600	0.5072±0.1682	0.2911±0.0261
CSH__0021756	2	0.1494±0.0070	2.6319±0.0858	0.5267±0.0327	0.3557±0.0421
CSH__0021845	6	0.0579±0.0222	3.3375±0.4450	1.9622±1.0608	0.2745±0.0951
CSH__CSH0062423	3	0.0534±0.0162	3.4007±0.2883	1.6403±0.6881	0.2546±0.0639
PE__01015885	6	0.0970±0.0129	2.8866±0.1225	0.6978±0.1303	0.3614±0.0459
PE 01015800	3	0.1222±0.0475	2.6934±1.0553	0.6406±0.7386	0.4062±0.1248
平均数		0.0975±0.0419	2.9276±0.3729	0.9260±0.7549	0.3182±0.0890
差异显著度		9.0801e-6^**	0.0070^**	0.0012^**	0.0093^**

标本馆/条形码	叶片数	能量	熵	惯性	相关
HEAC 0009880	4	0.0814±0.0061	2.9412±0.0630	0.8491±0.2072	0.3791±0.0319
NAS__NAS00089083	6	0.1141±0.0448	2.5769±0.2165	0.2379±0.1133	0.2694±0.1218
PE__01015887	2	0.1616±0.0542	2.7624±0.0600	0.5072±0.1682	0.2911±0.0261
CSH__0021756	2	0.1494±0.0070	2.6319±0.0858	0.5267±0.0327	0.3557±0.0421
CSH__0021845	6	0.0579±0.0222	3.3375±0.4450	1.9622±1.0608	0.2745±0.0951
CSH__CSH0062423	3	0.0534±0.0162	3.4007±0.2883	1.6403±0.6881	0.2546±0.0639
PE__01015885	6	0.0970±0.0129	2.8866±0.1225	0.6978±0.1303	0.3614±0.0459
PE 01015800	3	0.1222±0.0475	2.6934±1.0553	0.6406±0.7386	0.4062±0.1248
平均数		0.0975±0.0419	2.9276±0.3729	0.9260±0.7549	0.3182±0.0890
差异显著度		9.0801e-6^**	0.0070^**	0.0012^**	0.0093^**

种名	能量	熵	惯性	相关
胡颓子 E. pungens	0.0965±0.0424	2.9263±0.3874	0.9280±0.7871	0.3195±0.0959
毛木半夏 E. courtoisi	0.1100±0.0568	2.7827±0.3989	0.5348±0.2839	0.3839±0.2174
显著度 significance	0.2972	0.1630	0.0152^*	0.1348