玉米籽粒剖面角質(zhì)與粉質(zhì)百分比的定量測(cè)定方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種玉米籽粒剖面角質(zhì)與粉質(zhì)百分比的機(jī)器視覺定量測(cè)定方法，搭建機(jī)器視覺采集系統(tǒng)后，進(jìn)行尺寸標(biāo)定圖像的采集，計(jì)算獲得單位像素所代表的實(shí)際尺寸；其次將玉米種子剖面向上鑲嵌在玉米種子剖面圖像采集板上；再使用機(jī)器視覺采集系統(tǒng)進(jìn)行玉米種子剖面圖像采集，采用多段閾值分割技術(shù)，對(duì)玉米種子剖面圖像不同區(qū)域進(jìn)行分割，得到每張圖像的角質(zhì)、粉質(zhì)區(qū)域子圖像，并提取統(tǒng)計(jì)各區(qū)域的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)；最后計(jì)算獲得玉米種子剖面角質(zhì)、粉質(zhì)區(qū)域的實(shí)際面積，并求出其百分比。本方法采用機(jī)器視覺測(cè)試的方式直接測(cè)定玉米籽粒剖面的角質(zhì)面積百分率，準(zhǔn)確性高，易于操作，可以批量檢測(cè)，具有較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。
【專利說明】玉米好粒剖面角質(zhì)與粉質(zhì)百分比的定量測(cè)定方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及種子質(zhì)量圖像檢測(cè)領(lǐng)域，具體為一種玉米籽粒剖面角質(zhì)與粉質(zhì)百分比的視覺定量測(cè)定方法。

【背景技術(shù)】
[0002]玉米角質(zhì)率是玉米重要的籽粒品質(zhì)參數(shù)，對(duì)玉米種子和糧食的加工品質(zhì)和商品品質(zhì)具有重要影響。
[0003]玉米角質(zhì)率的測(cè)定方法，目前還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。最常用的方法是手工檢測(cè)，可參考小麥角質(zhì)率的檢測(cè)方法GB1351-1999，存在較大的人為誤差。
[0004]2004年,Corinda Erasmus和John RN Taylor曾經(jīng)試圖建立了一套快速無損影像分析技術(shù)，用于檢測(cè)玉米籽粒的角質(zhì)率，但是受玉米顏色、胚的大小和種子厚度的限制，不具備通用性。
[0005]還有許多研究直接采用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法，通過檢測(cè)與角質(zhì)率相關(guān)的其他性狀而間接檢測(cè)角質(zhì)率，本身就存在一定的誤差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種玉米籽粒剖面角質(zhì)與粉質(zhì)百分比的定量測(cè)定方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本方法采用機(jī)器視覺測(cè)試的方式直接測(cè)定玉米籽粒剖面的角質(zhì)面積百分率，準(zhǔn)確性高，易于操作，可以批量檢測(cè)，具有較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。
[0007]為達(dá)到以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0008]一種玉米籽粒剖面角質(zhì)與粉質(zhì)百分比的機(jī)器視覺定量測(cè)定方法，包括以下步驟:
[0009]S1:搭建機(jī)器視覺采集系統(tǒng)；
[0010]S2:采集尺寸標(biāo)定圖像，將采集得到的圖像輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算獲得單位像素所代表的實(shí)際尺寸；
[0011]S3:將玉米種子縱劑，得到玉米種子劑面；
[0012]S4:將玉米種子鑲嵌在玉米種子剖面圖像采集板上，將玉米種子剖面向上以剔除不同玉米種子形狀對(duì)剖面的影響；
[0013]S5:使用機(jī)器視覺采集系統(tǒng)進(jìn)行玉米種子剖面圖像采集，將采集的到的圖像輸入計(jì)算機(jī)，得到原始玉米種子剖面圖像；
[0014]S6:在采集到的原始玉米種子剖面圖像基礎(chǔ)上，采用多段閾值分割技術(shù)，對(duì)玉米種子剖面圖像不同區(qū)域進(jìn)行分割，得到每張圖像的角質(zhì)、粉質(zhì)區(qū)域子圖像，并提取統(tǒng)計(jì)各區(qū)域的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)；
[0015]S7:基于s2所得到的單位像素所代表的實(shí)際尺寸，計(jì)算獲得玉米種子剖面角質(zhì)、粉質(zhì)區(qū)域的實(shí)際面積，并求出其百分比。
[0016]進(jìn)一步的，所述的步驟s6中，通過以下步驟對(duì)原始玉米種子剖面圖像進(jìn)行多段閾值分割操作:
[0017]S6.1:對(duì)原始玉米種子剖面圖像進(jìn)行灰度處理得到灰度圖像；
[0018]S6.2:分析所得灰度圖像中的角質(zhì)區(qū)域和粉質(zhì)區(qū)域，分別得到兩區(qū)域的閾值范圍；
[0019]S6.3:根據(jù)分析得到的角質(zhì)區(qū)域閾值范圍，設(shè)定好閾值上限和下限，做一次閾值分害I]，得到單獨(dú)的角質(zhì)區(qū)域圖像；
[0020]S6.4:根據(jù)分析得到的粉質(zhì)區(qū)域閾值范圍，設(shè)定好閾值上限和下限，做二次閾值分害I]，得到單獨(dú)的粉質(zhì)區(qū)域圖像；
[0021]S6.5:分別對(duì)角質(zhì)區(qū)域和粉質(zhì)區(qū)域圖像進(jìn)行輪廓像素面積計(jì)算處理，所得到的各區(qū)域輪廓像素面積即為各區(qū)域的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)。
[0022]進(jìn)一步的，采用工業(yè)CCD相機(jī)與四面無影光源相結(jié)合的方法搭建機(jī)器視覺采集系統(tǒng)。
[0023]進(jìn)一步的，將玉米種子鑲嵌在以黑色橡皮泥構(gòu)成的玉米種子剖面圖像采集板上。
[0024]本發(fā)明的工作原理以及有益效果表現(xiàn)在:
[0025]本發(fā)明提供一種玉米籽粒剖面角質(zhì)與粉質(zhì)百分比的機(jī)器視覺定量測(cè)定方法，首先進(jìn)行尺寸標(biāo)定圖像的采集，計(jì)算獲得單位像素所代表的實(shí)際尺寸；其次將玉米種子鑲嵌在玉米種子剖面圖像采集板上，將玉米種子剖面向上以剔除不同玉米種子形狀對(duì)剖面的影響；再使用機(jī)器視覺采集系統(tǒng)進(jìn)行玉米種子剖面圖像采集，采用多段閾值分割技術(shù)，對(duì)玉米種子剖面圖像不同區(qū)域進(jìn)行分割，得到每張圖像的角質(zhì)、粉質(zhì)區(qū)域子圖像，并提取統(tǒng)計(jì)各區(qū)域的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)；最后計(jì)算獲得玉米種子剖面角質(zhì)、粉質(zhì)區(qū)域的實(shí)際面積，并求出其百分比。
[0026]通過該方法，能夠提高圖像采集處理，尺寸特征提取的速度和精度，可以更好的實(shí)現(xiàn)玉米籽粒剖面角質(zhì)與粉質(zhì)百分比的機(jī)器視覺測(cè)定。通過調(diào)整各個(gè)模塊的參數(shù)，可以適用于不同條件下(調(diào)整CCD鏡頭參數(shù)可以處理不同外形大小品種的玉米種子；調(diào)整采集種盤可以采集不同剖面大小的玉米種子等)的玉米籽粒剖面角質(zhì)與粉質(zhì)百分比機(jī)器視覺定量測(cè)定，減小由于外界因素變化而引起的誤差。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1是像素單位面積標(biāo)定圖像(10mm*10mm標(biāo)準(zhǔn)圖像);
[0028]圖2是原始采集圖像；
[0029]圖3是部分分割圖像；
[0030]圖4單粒圖像；
[0031]圖5切除胚部圖像；
[0032]圖6角質(zhì)圖像。

【具體實(shí)施方式】
[0033]下面未述及的相關(guān)技術(shù)內(nèi)容均可采用或借鑒現(xiàn)有技術(shù)。
[0034]為了使本【技術(shù)領(lǐng)域】的人員更好地理解本申請(qǐng)中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本申請(qǐng)實(shí)施例中，對(duì)本申請(qǐng)實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本申請(qǐng)一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本申請(qǐng)中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本申請(qǐng)保護(hù)的范圍。
[0035]一種玉米籽粒剖面角質(zhì)與粉質(zhì)百分比的定量測(cè)定方法，首先搭建器視覺采集系統(tǒng)，本實(shí)施例采用工業(yè)CCD相機(jī)與四面無影光源相結(jié)合的方法搭建機(jī)器視覺采集系統(tǒng)，以消除玉米種子成像過程中產(chǎn)生的自身陰影，防止其影響分割精度。
[0036]具體方法共包括5個(gè)步驟:①尺寸標(biāo)定圖像采集排布玉米種子；③玉米種子剖面圖像采集預(yù)處理玉米種子剖面圖像特征測(cè)定計(jì)算剖面角質(zhì)、粉質(zhì)區(qū)域?qū)嶋H面積。
[0037]1、尺寸標(biāo)定圖像采集
[0038]使用標(biāo)準(zhǔn)尺寸圖像作為標(biāo)定圖像，圖1所示，將采集的到的24位RGB圖像輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算獲得單位像素所代表的實(shí)際尺寸。
[0039]2、縱剖并排布玉米種子
[0040]使用玉米種子切割器將玉米種子沿玉米籽粒胚的中心軸線將種子一分為二，得到玉米種子剖面，將玉米種子鑲嵌在以黑色橡皮泥(固定種子并形成反差，便于圖像處理)構(gòu)成的玉米種子剖面圖像采集板上，并將玉米種子剖面向上，調(diào)整種子斷面平行于圖像采集板，盡量減小因成像角度帶來的誤差以及投影對(duì)測(cè)量的影響。
[0041]3、玉米種子首I]面圖像米集
[0042]使用機(jī)器視覺采集系統(tǒng)進(jìn)行玉米種子剖面圖像采集，將采集的到的24位RGB圖像輸入計(jì)算機(jī)，得到原始玉米種子剖面圖像，圖2所示。
[0043]4、玉米種子剖面圖像特征測(cè)定
[0044]在采集到的原始玉米種子剖面圖像基礎(chǔ)上，采用多段閾值分割技術(shù)，對(duì)玉米種子剖面圖像不同區(qū)域進(jìn)行分割，得到每張圖像的角質(zhì)、粉質(zhì)區(qū)域子圖像，并提取統(tǒng)計(jì)各區(qū)域的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)，具體如下:
[0045]A、對(duì)原始玉米種子剖面圖像進(jìn)行灰度處理得到灰度圖像，背景分割得到如圖3所示，獲取縱剖種子單粒圖像，如圖4所示；
[0046]B、分析所得灰度圖像中的角質(zhì)區(qū)域和粉質(zhì)區(qū)域，分別得到兩區(qū)域的閾值范圍，并切除胚部(去除胚部對(duì)以后分割的影響)，便于下一步的分割計(jì)算；
[0047]C、根據(jù)分析得到的角質(zhì)區(qū)域閾值范圍，設(shè)定好閾值上限和下限，做一次閾值分割，得到單獨(dú)的角質(zhì)區(qū)域圖像，圖6所示；
[0048]D、根據(jù)分析得到的粉質(zhì)區(qū)域閾值范圍，設(shè)定好閾值上限和下限，做二次閾值分割，得到單獨(dú)的粉質(zhì)區(qū)域圖像，如圖5所示白色區(qū)域；
[0049]E、分別對(duì)角質(zhì)區(qū)域和粉質(zhì)區(qū)域圖像進(jìn)行輪廓像素面積計(jì)算處理，所得到的各區(qū)域輪廓像素面積即為各區(qū)域的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)；
[0050]5、計(jì)算剖面角質(zhì)、粉質(zhì)區(qū)域?qū)嶋H面積
[0051]基于尺寸標(biāo)定圖像所得到的單位像素所代表的實(shí)際尺寸，計(jì)算獲得玉米種子剖面角質(zhì)、粉質(zhì)區(qū)域的實(shí)際面積，并求出其百分比。
[0052]選取20粒不同品種玉米種子，采用現(xiàn)有人工測(cè)量技術(shù)(不規(guī)則圖形面積測(cè)量的畫線法，即從上到下在圖形內(nèi)畫一些等距的平行線，然后測(cè)量每根線的長度。(線的長度和)乘以平行線之間的距離=面積。)和本方案技術(shù)進(jìn)行比對(duì)；得到測(cè)試結(jié)果如下表I所示:
[0053]表I不同玉米種子百分率測(cè)試
[0054]
種子編號(hào)本方案測(cè)試角質(zhì)百分人工測(cè)試角質(zhì)百分單位像素面積
率(％)率(rara2)
?31.6633326.330.00235
238.7148633.560.00235
335.2195138.690.00235
[0055]
437.277032.560.00235
536.6511630.110.00235
636.0640332.360.00235
732.2669128.540.00235
837.8775542.350.00235
936.1858233.780.00235
1034.651630.120.00235
1148.7511641.760.00256
1244.1805247.210.00256
1345.7889649.460.00256
1447.6523555.360.00256
1547.3974840.470.00256
1652.4137948.670.00256
1753.9507248.320.00256
1845.963340.150.00256
1951.314855.130.00256
2043.0379740.280.00256
[0056]從測(cè)試表格可以看出，釆用本方案測(cè)試出的百分率要優(yōu)于人工測(cè)試法，可以精確到每像素0.002mm2o該方案方便可行，適用性高，測(cè)試速度快:測(cè)試時(shí)間為3?1min/百粒，精度高等特點(diǎn)。
[0057]用于檢測(cè)的15份玉米自交系材料(果穗比較均勻一致)的角質(zhì)面積百分率的測(cè)定結(jié)果如表2所示。
[0058]每份自交系的3個(gè)重復(fù)選自同一份材料的3個(gè)果穗，每個(gè)果穗均取果穗中部的籽粒20粒(不同的果穗的不同籽粒的角質(zhì)面積百分率本身就存在一定的差異)，按上述方法進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果顯示，15份材料的3個(gè)重復(fù)的變異系數(shù)在2.0以下，角質(zhì)面積百分率的測(cè)定結(jié)果重復(fù)性較好。
[0059]表2玉米角質(zhì)面積百分率
[0060]
_玉米的角質(zhì)面積百分率=角質(zhì)/整個(gè)種子斷面*100
材料號(hào)重復(fù)一重復(fù)一重復(fù)二變;^系數(shù)-標(biāo)準(zhǔn)
里發(fā).里發(fā)一里&一差/平均值*100
130.6231.5030.561.69
228.8428.7829.000.38
338.9038.8538.660.33
434.5233.7633.221.94
533.3033.2633.380.18
634.2134.0934.881.23
733.0432.8732.430.95
832.2231.6031.461.28
937.0837.5136.820.95
1036.8337.9337.311.47
1127.6027.4928.151.27
1230.6729.6029.731.95
1330.9530.5131.711.96
1436.2336.6636, 180.73
^5_31.10_31.47 30.82 1.05_
[0061]以上所述僅是本申請(qǐng)的優(yōu)選實(shí)施方式，使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解或?qū)崿F(xiàn)本申請(qǐng)。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本申請(qǐng)的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本申請(qǐng)將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種玉米籽粒剖面角質(zhì)與粉質(zhì)百分比的機(jī)器視覺定量測(cè)定方法，其特征在于包括以下步驟: S1:彳合建機(jī)器視覺米集系統(tǒng)； S2:采集尺寸標(biāo)定圖像，將采集得到的圖像輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算獲得單位像素所代表的實(shí)際尺寸； S3:將玉米種子縱剖，得到玉米種子剖面； S4:將玉米種子鑲嵌在玉米種子剖面圖像采集板上，將玉米種子剖面向上以剔除不同玉米種子形狀對(duì)剖面的影響； 55:使用機(jī)器視覺采集系統(tǒng)進(jìn)行玉米種子剖面圖像采集，將采集的到的圖像輸入計(jì)算機(jī)，得到原始玉米種子剖面圖像； 56:在采集到的原始玉米種子剖面圖像基礎(chǔ)上，采用多段閾值分割技術(shù)，對(duì)玉米種子剖面圖像不同區(qū)域進(jìn)行分割，得到每張圖像的角質(zhì)、粉質(zhì)區(qū)域子圖像，并提取統(tǒng)計(jì)各區(qū)域的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)； 57:基于s2所得到的單位像素所代表的實(shí)際尺寸，計(jì)算獲得玉米種子剖面角質(zhì)、粉質(zhì)區(qū)域的實(shí)際面積，并求出其百分比。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玉米籽粒剖面角質(zhì)與粉質(zhì)百分比的機(jī)器視覺定量測(cè)定方法，其特征在于: 所述的步驟s6中，通過以下步驟對(duì)原始玉米種子剖面圖像進(jìn)行多段閾值分割操作: S6.1:對(duì)原始玉米種子剖面圖像進(jìn)行灰度處理得到灰度圖像； S6.2:分析所得灰度圖像中的角質(zhì)區(qū)域和粉質(zhì)區(qū)域，分別得到兩區(qū)域的閾值范圍； S6.3:根據(jù)分析得到的角質(zhì)區(qū)域閾值范圍，設(shè)定好閾值上限和下限，做一次閾值分割，得到單獨(dú)的角質(zhì)區(qū)域圖像； S6.4:根據(jù)分析得到的粉質(zhì)區(qū)域閾值范圍，設(shè)定好閾值上限和下限，做二次閾值分割，得到單獨(dú)的粉質(zhì)區(qū)域圖像； S6.5:分別對(duì)角質(zhì)區(qū)域和粉質(zhì)區(qū)域圖像進(jìn)行輪廓像素面積計(jì)算處理，所得到的各區(qū)域輪廓像素面積即為各區(qū)域的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玉米籽粒剖面角質(zhì)與粉質(zhì)百分比的機(jī)器視覺定量測(cè)定方法，其特征在于:采用工業(yè)CCD相機(jī)與四面無影光源相結(jié)合的方法搭建機(jī)器視覺采集系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玉米籽粒剖面角質(zhì)與粉質(zhì)百分比的機(jī)器視覺定量測(cè)定方法，其特征在于:將玉米種子鑲嵌在以黑色橡皮泥構(gòu)成的玉米種子剖面圖像采集板上。
【文檔編號(hào)】G01B11/28GK104197866SQ201410362765
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年7月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月28日
【發(fā)明者】劉雙喜, 傅生輝, 王金星, 張春慶, 孫樂秀, 牟華偉, 孟凡榮, 范連祥 申請(qǐng)人:山東農(nóng)業(yè)大學(xué)