專利名稱：一種利用Photoshop軟件定量表征烤后煙葉細(xì)胞形狀特征的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煙葉微觀結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，具體為一種定量表征烤后煙葉細(xì)胞形狀特征的方法，主要是通過掃描電鏡分析和Photoshop軟件圖像處理完成。
背景技術(shù)：
微觀結(jié)構(gòu)涉及到化學(xué)，生物學(xué)，物理學(xué)等諸多領(lǐng)域，是指物質(zhì)、生物細(xì)胞在顯微 鏡下的結(jié)構(gòu)。近年來，應(yīng)用掃描電鏡及光學(xué)顯微鏡觀察植物器官表皮可提供的微形態(tài)學(xué)特征，已作為一類有價(jià)值的新方法廣泛運(yùn)用于系統(tǒng)發(fā)育和品質(zhì)形成的研究之中。AdobePhotoshop系列軟件具有強(qiáng)大的圖像識(shí)別功能，Nishimoto等利用該軟件對花崗巖進(jìn)行的模式分析、李楠等對彈殼痕跡進(jìn)行的定量化檢驗(yàn)均說明該軟件具有較好的圖像識(shí)別和處理功能。我國煙草種植區(qū)幅員遼闊，煙葉產(chǎn)區(qū)分布的廣泛性和生態(tài)的多樣性使不同種植區(qū)煙葉的質(zhì)量風(fēng)格差異明顯，并具有明顯的區(qū)域分布特征，其中成熟度、葉片結(jié)構(gòu)等外觀質(zhì)量指標(biāo)和葉面密度、拉力、伸長率、彈性等加工質(zhì)量指標(biāo)與煙葉表面細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)，受煙葉內(nèi)部細(xì)胞的微觀結(jié)構(gòu)影響很大，目前尚無關(guān)于煙葉細(xì)胞形狀特征定量表征的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的正是基于現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供的一種能夠客觀、定量評價(jià)煙葉細(xì)胞形狀特征的方法，該方法通過煙葉預(yù)處理、樣品制備、掃描電鏡分析、Photoshop軟件處理等步驟實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的一種利用Photoshop軟件定量表征烤后煙葉細(xì)胞形狀特征的方法，將初烤煙葉進(jìn)行掃描電鏡分析，利用Photoshop軟件對圖像進(jìn)行處理，采用單位像素長度X周長像素?cái)?shù)、像素百分比X圖像總面積的方法分別測量煙葉細(xì)胞周長和面積，利用圓度計(jì)算公式計(jì)算煙葉的形狀特征參數(shù)。其具體步驟如下
(1)將初烤煙葉在恒溫恒濕條件下平衡水分含量至15% 16%，在葉片中部1/3位置選取無雜色、病斑、損傷、含青和支脈的煙葉局部，截取IcmX Icm大小的葉片，金屬粉末著色后利用掃描電鏡觀測，保存200 400倍大小圖像，掃描圖像保存為BMP格式；
(2)細(xì)胞周長信息獲取①利用Photoshop軟件打開圖像，設(shè)定信息面板的標(biāo)尺單位為cm，查看“信息”面板中的寬和高，寬和高分別+放大倍數(shù)后為圖片所包含葉片部分的實(shí)際寬和高，根據(jù)圖像寬和高的實(shí)際像素值，利用圖片實(shí)際寬度+寬度像素?cái)?shù)或圖片實(shí)際高度+高度像素?cái)?shù)得到單位像素的實(shí)際長度(兩數(shù)值一致)，記為Y ;②選用“套索”工具中的磁性套索工具，沿細(xì)胞邊緣勾勒出細(xì)胞圖形，并利用工具欄中的“蒙版”功能，用畫筆和橡皮擦工具對細(xì)胞邊緣進(jìn)行準(zhǔn)確調(diào)整，直到所選區(qū)域與細(xì)胞邊緣一致，利用工具欄中“分析”下拉菜單中的“記錄測量信息”，記錄單個(gè)細(xì)胞周長的像素?cái)?shù)，記為X;③則細(xì)胞實(shí)際周長約為XXY ；
(3)細(xì)胞面積數(shù)據(jù)獲?、倮肞hotoshop軟件打開圖像，在“直方圖”中讀取圖片總像素值，記為A,同時(shí)設(shè)定信息面板的標(biāo)尺單位為cm,查看“信息”面板中的寬和高,寬和高分別+放大倍數(shù)后為圖片中葉片部分的實(shí)際寬和高，則圖像的實(shí)際面積可由實(shí)際寬和高的乘積得到，記為B;②選用“套索”工具中的磁性套索工具，沿細(xì) 胞邊緣進(jìn)行準(zhǔn)確調(diào)整，直到所選區(qū)域與細(xì)胞邊緣一致，讀取像素值，記為C ;③則細(xì)胞面積大小為(C+A) XB ；
(4)利用圓度計(jì)算公式[周長2+(4π X面積X I. 064)]計(jì)算細(xì)胞形狀特征參數(shù)。目前公認(rèn)的圓度計(jì)算公式為[周長(4Χ π X面積)]，據(jù)報(bào)道，公式分母中加入常數(shù)項(xiàng)
I.064可校正周長因圖像數(shù)字化而產(chǎn)生的邊角效應(yīng)，校正后參數(shù)的準(zhǔn)確性較好，因此采用[周長2 + (4Χ π X面積X I. 064)]計(jì)算細(xì)胞形狀特征參數(shù)。本發(fā)明利用Photoshop軟件強(qiáng)大的圖像識(shí)別和選取功能，對掃描電鏡圖像的實(shí)際寬度、高度、面積、単位像素長度準(zhǔn)確定量，以單位像素長度X周長像素?cái)?shù)和像素百分比X總面積分別獲取細(xì)胞周長和面積信息，利用圓度計(jì)算公式即可得到所測量細(xì)胞的形狀特征參數(shù)。本發(fā)明借助掃描電鏡和Photoshop軟件實(shí)現(xiàn)了煙葉細(xì)胞形狀特征的定量表征，為煙葉質(zhì)量特征微觀結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的研究提供方法基礎(chǔ)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和效果通過掃描電鏡圖像采集和Photoshop軟件處理，獲得煙葉細(xì)胞的形狀特征參數(shù)，以此為客觀評價(jià)煙葉細(xì)胞發(fā)育狀況和從微觀領(lǐng)域研究煙葉質(zhì)量特征提供方法。多產(chǎn)地?zé)熑~隨機(jī)選取多細(xì)胞進(jìn)行測量分析后發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞形狀特征參數(shù)與軟件直接給定的圓度值擬合程度較高(R2=O. 98 0. 99)，說明該方法的定量準(zhǔn)確性高，同時(shí)可以將不同產(chǎn)區(qū)(質(zhì)量特征)煙葉的細(xì)胞形狀特征加以較好區(qū)分。


圖I煙葉細(xì)胞形狀特征分析示意圖。圖2形狀特征參數(shù)與圓度值的擬合曲線。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)例將本發(fā)明方法詳細(xì)描述如下
分別取河南平頂山、遼寧鐵嶺、云南臨滄和廣東南雄的中部桔黃3級(jí)煙葉，在恒溫恒濕條件下平衡水分含量至15% 16%，在葉片中部1/3位置選取無雜色、病斑、損傷、含青和支脈的煙葉局部，截取IcmX Icm大小的葉片，金屬粉末著色后利用掃描電鏡觀測并保存圖像(參見圖I)。按照發(fā)明內(nèi)容中所述方法進(jìn)行分析，分別計(jì)算單個(gè)細(xì)胞的周長和面積，利用公式計(jì)算形狀特征參數(shù)，考察該參數(shù)與軟件給出圖形圓度的擬合度，驗(yàn)證該定量方法的準(zhǔn)確性，同時(shí)比較不同產(chǎn)區(qū)(質(zhì)量特征)煙葉形狀特征參數(shù)的差異，驗(yàn)證該方法的適用性。結(jié)果表明利用本發(fā)明提供的細(xì)胞周長、面積定量方法和形狀特征參數(shù)計(jì)算方法進(jìn)行分析后，煙葉細(xì)胞形狀特征參數(shù)與軟件給出圓度值的擬合度較高(R2=O. 98 O. 99)(見圖2)，說明本發(fā)明所提出的細(xì)胞周長與面積定量方法準(zhǔn)確，細(xì)胞形狀特征參數(shù)與圓度值呈負(fù)向相關(guān)，參數(shù)越小，則細(xì)胞形狀相對規(guī)則，接近圓形，反之則細(xì)胞形狀不規(guī)則，相對偏離圓形。不同產(chǎn)區(qū)煙葉形狀特征參數(shù)存在顯著或極顯著差異(表1)，說明運(yùn)用該方法可較好的將不同產(chǎn)區(qū)煙葉細(xì)胞形狀特征加以區(qū)分。
權(quán)利要求
1.ー種利用Photoshop軟件定量表征烤后煙葉細(xì)胞形狀特征的方法，其特征在于將初烤煙葉進(jìn)行掃描電鏡分析，利用Photoshop軟件對圖像進(jìn)行處理，采用單個(gè)像素長度與細(xì)胞周長總像素?cái)?shù)的乘積獲取周長信息，細(xì)胞面積像素比例與總面積乘積獲取面積信息，采用圓度計(jì)算公式獲取細(xì)胞形狀特征參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用Photoshop軟件定量表征烤后煙葉細(xì)胞形狀特征的方法，其具體步驟 如下 (1)將初烤煙葉在恒溫恒濕條件下平衡水分含量至15% 16%，在葉片中部1/3位置選取無雜色、病斑、損傷、含青和支脈的煙葉局部，截取IcmX Icm大小的葉片，金屬粉末著色后利用掃描電鏡觀測，保存200 400倍大小圖像，掃描圖像保存為BMP格式； (2)細(xì)胞周長信息獲?、倮肞hotoshop軟件打開圖像，設(shè)定信息面板的標(biāo)尺單位為cm，查看“信息”面板中的寬和高，寬和高分別+放大倍數(shù)后為圖片所包含葉片部分的實(shí)際寬和高，根據(jù)圖像寬和高的像素值，利用圖片實(shí)際寬度+寬度像素?cái)?shù)或圖片實(shí)際高度+高度像素?cái)?shù)得到單個(gè)像素的實(shí)際長度，記為Y ;②選用“套索”工具中的磁性套索工具，沿細(xì)胞邊緣勾勒出細(xì)胞圖形，并利用工具欄中的“蒙版”功能，用畫筆和橡皮擦工具對細(xì)胞邊緣進(jìn)行準(zhǔn)確調(diào)整，直到所選區(qū)域與細(xì)胞邊緣一致，利用工具欄中“分析”下拉菜單中的“記錄測量信息”，記錄單個(gè)細(xì)胞周長的像素?cái)?shù)，記為X ;③細(xì)胞實(shí)際周長約為XXY ； (3)細(xì)胞面積數(shù)據(jù)獲?、倮肞hotoshop軟件打開圖像，在“直方圖”中讀取圖片總像素值，記為A,同時(shí)設(shè)定信息面板的標(biāo)尺單位為cm,查看“信息”面板中的寬和高,寬和高分別+放大倍數(shù)后為圖片中葉片部分的實(shí)際寬和高，則圖像的實(shí)際面積可由實(shí)際寬和高的乘積得到，記為B;②選用“套索”工具中的磁性套索工具，沿細(xì)胞邊緣勾勒出細(xì)胞圖形，并利用工具欄中的“蒙版”功能，用畫筆和橡皮擦工具進(jìn)行對細(xì)胞邊緣進(jìn)行準(zhǔn)確調(diào)整，直到所選區(qū)域與細(xì)胞邊緣一致，讀取像素值，記為C ;③則細(xì)胞面積大小為(C+A) XB ； (4)利用圓度計(jì)算公式[周長2+(4X π X面積X I. 064)]計(jì)算細(xì)胞形狀特征參數(shù)。
全文摘要
一種利用Photoshop軟件定量表征烤后煙葉細(xì)胞形狀特征的方法，其特征在于，它是通過掃描電子顯微鏡獲取初烤煙葉表面細(xì)胞特征圖像，利用磁性套索、蒙版、畫筆、橡皮擦等工具準(zhǔn)確選取細(xì)胞，以單位像素長度×像素個(gè)數(shù)和像素百分比×圖像面積方法分別定量獲取細(xì)胞周長和細(xì)胞面積，以周長和面積為變量利用公式計(jì)算形狀特征參數(shù)，為客觀評價(jià)煙葉細(xì)胞發(fā)育狀況和從微觀領(lǐng)域研究煙葉質(zhì)量特征提供方法。多產(chǎn)地隨機(jī)選取多細(xì)胞測定結(jié)果表明，該方法準(zhǔn)確性高，所計(jì)算細(xì)胞形狀特征參數(shù)與軟件定義圓度值擬合程度高(R2=0.98～0.99)，同時(shí)可將不同產(chǎn)區(qū)(質(zhì)量特征)煙葉的細(xì)胞形狀特征較好區(qū)分。
文檔編號(hào)G01N23/22GK102645444SQ20121010245
公開日2012年8月22日 申請日期2012年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月10日
發(fā)明者劉陽, 尹啟生, 張仕祥, 張艷玲, 梁太波, 王建偉, 蔡憲杰, 過偉民 申請人:中國煙草總公司鄭州煙草研究院