谷粒粒形参数的高通量检测方法技术

本发明专利技术公开了一种谷粒粒形参数的高通量检测方法，包括以下步骤，搭建粒形检测平台；检测环境标定；影像采集与图像分割；轮廓提取与特征参数采集；利用粒形参数预设阈值进行粘连籽粒与杂质筛除；分析轮廓内图像，实现高通量颜色及纹理特征检测；输出谷物粒形参数检测结果。该粒形参数检测方法，其检测结果准确可靠，相比人工测量方法而言，极大地提高了检测效率和稳定性。能够满足基因研究中对谷粒粒形参数的检测需求。实现简单，检测高效准确，达到了应用的要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及农作物领域，具体地，涉及一种谷粒粒形参数的高通量检测方法。
技术介绍
目前，谷物籽粒的形状和大小是最重要的农业性状之一，它们不仅会影响产量和食用品质，还是市场价格的重要决定因素。因此，诸如遗传学、基因功能分析、分子育种和作物改良等植物学研究领域，均需要定量化评价种子的形态特征。高效，可靠，高通量的谷物粒形表现型测量方法是必需的。一般来说，谷物籽粒的形态特征主要通过两种方法测量。最简易的是国标GB/T 17891-1999中介绍的方法，“随机数取完整无损的精米10粒，平放于测量板上，按照头对头、尾对尾，不重叠、不留隙的方式，紧靠直尺摆成一行，数出长度，求平均即为籽粒长度。同样的，按照同一方向肩靠肩排列，用直尺测量，读出宽度，求其平均即为籽粒宽度”，然后推算其他粒形参数。然而，这种手工方法能够获取的参数非常有限，同时测量的质量受籽粒形态变化以及测量人的主观因素等多种外界条件影响，并不稳定可靠。相比之下，利用数字成像技术获取籽粒的高分辨率图像，继而以此计算获取籽粒形态参数，不仅能够使谷物粒形参数实现自动且高效检测，还能够获取更多更复杂的形态、纹理及颜色参数等。专利号“CN101275824”中公开了一种大米粒形检测方法。利用扫描仪获取大米籽粒图像，以灰度迭代法分割背景与籽粒，米粒轮廓进行逐点检测获取粒长、粒宽及长宽比。该技术方案中，灰度迭代法为自动分割技术，籽粒分割精度及粒形轮廓精度无法保持稳定，且所获取的粒形参数较少。专利号为“CN101905215A”公开的数字化水稻考种机，着重以风选法分离实粒和空瘪粒，并利用机器视觉获取粒数与长宽等初级形态参数。该专利技术以甄别空瘪粒为主要目的，机型庞大复杂，所能获取的粒形参数也较少。同时还有一系列玉米果穗装置及方法，均利用机器视觉技术获取玉米果穗形态及穗行数、行粒数等考种参数。上述技术方案均需由光源、专用CCD相机和图像采集卡构成的图像采集装置实现籽粒图像采集和形态分析功能。且分析的粒形参数不够全面。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对上述问题，提出一种谷粒粒形参数的高通量检测方法，以实现检测结果准确可靠且谷粒粒形参数的检测齐全的优点。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种谷粒粒形参数的高通量检测方法，包括以下步骤，步骤1、搭建粒形检测平台，在水平工作台上，固定数码单反相机；上述数码单反相机的成像平面与工作台平行，并设定数码单反相机的高度；在水平工作台平面上放置单色背景的托盘，以承载待测籽粒；将数码单反相机与计算机连接；开启数码单反相机的实时取景模式，显示相机实时成像信息；步骤2、检测环境标定；以直尺作为参照物，放置于托盘内；控制数码单反相机拍摄参照物影像，并将拍摄的影像回传至计算机；计算机对拍摄的影像进行处理，即在影像中选择参照物标尺线段并输入实际尺寸，同时设定影像的像素数与实际尺寸的转换系数；以上述转换系数标定数码单反相机与托盘的位置关系，准确托盘内物体的实际距离；步骤3、影像采集与图像分割；将待测籽粒均匀地散布于托盘内，避免大片籽粒相粘连；开启数码单反相机实时取景模式，显示相机实时成像的籽粒图像；控制数码单反相机拍摄谷物籽粒图像，实时回传至计算机；使用计算机对采集的图像进行分割，将采集的谷物籽粒图像转换到HSL色彩空间，调整色调、亮度及饱和度阈值，实时观察分割效果，并设定分割阈值进行背景分割； 步骤4、轮廓提取与特征参数采集；利用八邻域寻迹算法获取各籽粒轮廓，以籽粒轮廓信息提取籽粒形态特征参数；步骤5、利用粒形参数预设阈值进行粘连籽粒与杂质筛除；步骤6、分析轮廓内图像，实现高通量颜色及纹理特征检测；步骤7、输出谷物粒形参数检测结果。根据本专利技术的优选实施例，上述步骤3中的图像分割，可直接载入预设阈值进行分割。根据本专利技术的优选实施例，所述步骤4中所述特征参数采集具体包括：求取籽粒轮廓周长、面积及重心坐标；获取籽粒周长参数p及面积参数a，求取复杂度com，                                                ，形状参数sha ，，离散度dis ，；以籽粒轮廓点集求取凸包点集；以轮廓凸包点集求取籽粒轮廓最小外接圆，获取最小外接圆半径r，求取圆形度cir， ，紧密度tig，；以轮廓凸包点集求取籽粒轮廓最小外接矩形，获取最小外接矩形面积；求取矩形度；以轮廓凸包点集求取籽粒长宽；搜索凸包点集，以最长轴为籽粒长度l并将凸包点集分为左右两部分，左、右点集分别求取至最长轴的最大距离和，则籽粒宽度W，，继而求取长宽比lwr 。本专利技术的技术方案具有以下有益效果：本专利技术的技术方案，提出的粒形参数检测方法，其检测结果准确可靠，相比人工测量方法而言，极大地提高了检测效率和稳定性。能够满足基因研究中对谷粒粒形参数的检测需求。实现简单，检测高效准确，达到了应用的要求。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1为本专利技术实施例所述的谷粒粒形参数的高通量检测结构示意图；图2为本专利技术实施例所述的谷粒粒形参数的高通量检测方法流程图；图3为图像处理软件的像素距离到实际距离标定对话框示意图；图4为图像分割阈值设定UI界面示意图；图5为籽粒轮廓提取与标号结果示意图；图6为杂点清除设置界面示意图；图7a至图7d为谷物籽粒形态特征提取效果示意图；图8a为籽粒样本人工测量值与检测值籽粒长度比较示意图；图8b为籽粒样本人工测量值与检测值籽粒宽度比较示意图。结合附图，本专利技术实施例中附图标记如下：1-翻拍架；2-数码单反相机；3-相机连接线；4-计算机；5-参照物；6-待测籽粒；7-托盘；。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例一、一种谷粒粒形参数的高通量检测方法，包括以下步骤，步骤1、搭建粒形检测平台，如图1所示，在水平工作台上，借助翻拍架1或三脚架等固定数码单反相机2；上述数码单反相机2的成像平面与工作台平行，并设定相机的高度；设定的高度以获得较理想的成像为标准。在水平工作台平面上放置单色背景的托盘7，以承载待测籽粒；托盘7颜色以与籽粒颜色有较大反差为宜；将数码单反相机2与计算机4通过相机连接线3连接；开启数码单反相机的实时取景模式，显示相机实时成像信息；步骤2、检测环境标定；以直尺作为参照物5，放置于托盘内；控制数码单反相机拍摄参照物影像，并将拍摄的影像回传至计算机；计算机对拍摄的影像进行处理，即在影像中选择参照物标尺线段并输入实际尺寸，同本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种谷粒粒形参数的高通量检测方法，其特征在于，包括以下步骤，
步骤1、搭建粒形检测平台，
在水平工作台上，固定数码单反相机；
上述数码单反相机的成像平面与工作台平行，并设定数码单反相机的高度；
在水平工作台平面上放置单色背景的托盘，以承载待测籽粒；
将数码单反相机与计算机连接；
开启数码单反相机的实时取景模式，显示相机实时成像信息；
步骤2、检测环境标定；
以直尺作为参照物，放置于托盘内；
控制数码单反相机拍摄参照物影像，并将拍摄的影像回传至计算机；
计算机对拍摄的影像进行处理，即在影像中选择参照物标尺线段并输入实际尺寸，同时设定影像的像素数与实际尺寸的转换系数；
以上述转换系数标定数码单反相机与托盘的位置关系，准确托盘内物体的实际距离；
步骤3、影像采集与图像分割；
将待测籽粒均匀地散布于托盘内，避免大片籽粒相粘连；
开启数码单反相机实时取景模式，显示相机实时成像的籽粒图像；
控制数码单反相机拍摄谷物籽粒图像，实时回传至计算机；
使用计算机对采集的图像进行分割，将采集的谷物籽粒图像转换到HSL色彩空间，调整色调、亮度及饱和度阈值，实时观察分割效果，并设定分割阈值进行背景分割； 
步骤4、轮廓提取与特征参数采集；
利用八邻域寻迹算法获取...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴建伟，杨宝祝，明博，申光磊，辛颖，韩建冰，彭浩，孙明军，
申请(专利权)人：北京派得伟业科技发展有限公司，北京农业信息技术研究中心，
类型：发明
国别省市：