本發(fā)明涉及農(nóng)產(chǎn)品檢測領域，更具體地，涉及玉米籽粒灌漿速率的測量方法和裝置。

背景技術：

玉米籽粒灌漿期至成熟期是決定玉米產(chǎn)量和品質(zhì)的重要階段，灌漿速率對粒重的作用大于有效灌漿期。選育和種植灌漿速度快的玉米品種,對提高產(chǎn)量和品質(zhì)顯得尤為重要。

目前灌漿速率的測量方法主要是稱重法：取一定數(shù)量的玉米籽粒(1000粒左右)，高溫烘干后稱量重量，灌漿開始后每天進行一次，計算1000粒玉米籽粒烘干后重量的變化率即為灌漿速率。

但是現(xiàn)有技術存在兩個問題：一方面需要人工將籽粒從穗軸上剝落，操作較為繁瑣，不容易在大規(guī)模樣品上開展；另一方面烘干操作需要較長的周期，數(shù)據(jù)獲取時效性不高。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種克服上述問題或者至少部分地解決上述問題的玉米籽粒灌漿速率的測量方法和裝置。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種玉米籽粒灌漿速率的測量方法，基于一定時間間隔的玉米籽粒頂部的投影面積變化，獲得玉米籽粒灌漿速率。

本申請?zhí)岢隽艘环N通過測量玉米籽粒頂部的投影面積，進而表征籽粒灌漿速率的方法，提高了灌漿速率的自動化程度，操作簡單，為規(guī)?；⒏咄繙y量玉米籽粒灌漿速率提供了關鍵技術。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例的測量玉米籽粒灌漿速率的具體步驟示意圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明實施例的經(jīng)二值化處理后的玉米果穗二值圖像；

圖3為根據(jù)本發(fā)明實施例的標記為中心籽粒序列的籽粒示意圖；

圖4為根據(jù)本發(fā)明實施例的玉米籽粒的投影示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

為了克服現(xiàn)有技術在測量玉米籽粒灌漿速率時需要手動將籽粒剝下，從而帶來操作繁瑣、數(shù)據(jù)的時效性差的問題，本發(fā)明實施例提供了一種測量玉米籽粒灌漿速率的方法。

由于在玉米籽粒的灌漿過程中，隨著碳水化合物逐漸向籽粒中轉運，籽粒形態(tài)逐漸膨大，籽粒體積與干重存在線性關系，由此，本發(fā)明實施例基于一定時間間隔的玉米籽粒頂部的投影面積變化，獲得玉米籽粒灌漿速率。

本發(fā)明提高了灌漿速率的自動化程度，操作簡單，為規(guī)模化、高通量測量玉米籽粒灌漿速率提供了關鍵技術。

圖1示出了本發(fā)明實施例的測量玉米籽粒灌漿速率的具體步驟示意圖，包括：

s1、分別將兩個時刻玉米果穗的圖片進行二值化處理，獲得兩個時刻玉米籽粒的二值圖像；

s2、對所述玉米籽粒的二值圖像，基于二值圖像的中心坐標，獲得若干個玉米籽粒，作為中心籽粒序列；以及

s3、基于所述中心籽粒序列的各籽粒的像素數(shù)量，獲得該時刻玉米籽粒的投影面積，結合兩個時刻的時間間隔，獲得玉米籽粒灌漿速率。

通過將玉米果穗的圖片轉化為二值圖像，使玉米籽粒能夠清晰地顯示出來，在進一步找出二值圖像中最能有效反應玉米籽粒灌漿速率的一條籽粒，作為中心籽粒序列，通過對比中心籽粒的投影面積，獲得玉米籽粒灌漿速率。

在一個實施例中，所述步驟s1包括：

s1.1、分別將兩個時刻的玉米果穗圖片轉化為灰度圖片；灰度數(shù)字圖像是每個像素只有一個采樣顏色的圖像?；叶葓D像與黑白圖像不同，在計算機圖像領域中黑白圖像只有黑白兩種顏色，灰度圖像在黑色與白色之間還有許多級的顏色深度。

s1.2、以多個灰度值為二值化分割閾值，將所述灰度圖片轉化為對應所述灰度值個數(shù)的玉米果穗二值圖像，所述玉米果穗二值圖像中的每個像素的像素值為0或1。二值化分割閾值可以用t表示，用于將圖像的數(shù)據(jù)分成兩部分：大于t的像素群和小于t的像素群。將大于t的像素群的像素值設定為白色(或者黑色)，小于t的像素群的像素值設定為黑色(或者白色)。

s1.3、對所有玉米果穗二值圖像的像素執(zhí)行或操作，計算各個由像素值為0或1的像素組成的塊狀區(qū)域的面積，當塊狀區(qū)域面積不變時，標記此塊狀區(qū)域為一個玉米籽粒，獲得兩個時刻玉米籽粒二值圖像。

圖2示出了經(jīng)二值化處理后的玉米果穗二值圖像，如圖可知，玉米籽粒呈現(xiàn)白色，而玉米的籽粒之間的縫隙則呈現(xiàn)黑色，十分明顯，為檢測玉米籽粒的灌漿速率打下了基礎。

在一個實施例中，所述步驟s2包括：

s2.1、設置玉米籽粒二值圖像的參考邊界，將距離所述玉米籽粒二值圖像的中心坐標最近的玉米籽粒作為第一中心籽粒。

之所以設置參考邊界，是因為玉米兩端的籽粒通常生長沒有中部的籽粒飽滿規(guī)則，因此，通過設置參考邊界，剔除玉米兩端的籽粒的圖像，使得灌漿速率的測量更加準確。

s2.2、基于所述第一中心籽粒的寬度和長度設定閾值，將所述第一中心籽粒周圍符合閾值的玉米籽粒作為第二中心籽粒；以及

s2.3、基于所述第二中心籽粒的寬度和長度設定閾值，將所述第二中心籽粒周圍符合閾值的玉米籽粒作為第三中心籽粒，依次類推，直至符合閾值的玉米粒子的坐標超出所述參考邊界，將所有中心籽粒組成中心籽粒序列。

本發(fā)明并不是將所有玉米籽粒進行測算，而是將圖片中間的玉米籽粒以及與該玉米籽粒位于同一列的玉米籽粒作為檢測對象，這樣能夠減少運算量，同時，作為圖像中間的玉米籽粒基本上是整個玉米長勢最均勻的籽粒。

圖3示出了標記為中心籽粒序列的籽粒示意圖，如圖可知，該序列的籽粒排列整齊，既比右側的一列籽粒長勢均勻，沒有出現(xiàn)歪斜的籽粒，也比左側的一列籽粒更加對應相機的鏡頭，可以認為是垂直于相機鏡頭的一列，這樣為接下來的步驟打下了基礎。

在一個實施例中，所述步驟s3包括：

s3.1、分別計算兩個時刻的中心籽粒序列中各玉米籽粒的像素數(shù)量；

s3.2、基于每個時刻的各玉米籽粒的像素數(shù)量，獲得該時刻玉米籽粒像素數(shù)量的平均值，并作為籽粒投影面積，圖4示出了玉米籽粒的投影示意圖；以及

s3.3、將兩個時刻籽粒投影面積之差的絕對值除以時間間隔，獲得所述玉米籽粒灌漿速率。

在一個實施例中，所述步驟s1之前還包括：

將玉米果穗置于相機與幕布之間以進行拍攝，所述相機與所述玉米果穗的間距為30-50cm，所述果穗圖像的分辨率4000×3000像素；

其中，相機圖像平面、玉米果穗平面以及幕布屏幕三者平行。

在一個實施例中，所述步驟s1.1包括：

以灰度值254為二值化分割閾值，分別將兩個時刻的灰度圖片生成玉米果穗二值圖像，并以灰度值1為步長，逐步降低二值化分割閾值，直到灰度值70，獲得對應所述灰度值個數(shù)的玉米果穗二值圖像。

在一個實施例中，所述步驟2.1中玉米籽粒二值圖像的參考邊界為將玉米籽粒二值圖像沿玉米長度方向等分3段后的中段的上、下邊界。

為了更清楚地闡述本發(fā)明的技術細節(jié)，下面結合實施例對本發(fā)明進行描述。

1、果穗圖像獲取

將玉米果穗放置在相機與幕布之間，使相機圖像平面、玉米果穗平面、幕布三者平行。拍攝果穗圖像,圖像分辨率4000×3000像素。40cm

2、果穗圖像上籽粒分割

取籽粒中段1/3部分圖像作為計算范圍，將果穗圖像i轉化為灰度圖像ig，以灰度值254為閾值，對灰度圖像二值化生成圖像ib254,以灰度值1為步長，降低二值化分割閾值，直到灰度值70，生成二值圖像序列ib253，ib252……ib70，從ib254開始，對圖像序列中的相鄰圖像進行像素“或操作”，并對各個籽粒的聯(lián)通區(qū)域計算面積，隨著“與操作”的圖像增加，各個聯(lián)通區(qū)域面積增加，當聯(lián)通區(qū)域面積不變時，標記此聯(lián)通區(qū)域為一個籽粒。

3、中心籽粒序列識別

定位果穗圖像的中心籽粒，定位方法為：計算果穗圖像的中心坐標p(x,y),計算各個籽粒的中心坐標pk(x,y)，選擇中心坐標距離果穗中心最近的籽粒，作為中心籽粒kc。

尋找籽粒kc+1，kc+1籽粒的中心坐標滿足條件|xc-xc+1|<kcw/5,kcw表示籽粒kc的寬度，yc+1>yc,且|yc-yc+1|<1.2×kch，kch表示籽粒kc的高度，順次尋找kc+2,kc+3,kc+4,kc+5……籽粒，當?shù)竭_參考邊界時停止計算。

尋找籽粒kc-1，kc-1籽粒的中心坐標滿足條件|xc-xc11|<kcw/5，yc-1<yc,且|yc-yc-1|<1.2×kch，順次尋找kc-2,kc-3,kc-4,kc-5……籽粒，當?shù)竭_參考邊界時停止計算。

標記兩個序列為中心籽粒序列。

4、籽粒投影面積計算

計算中心籽粒序列中各個籽粒的像素數(shù)量并求平均值kp_avg，以kp_avg作為籽粒投影面積。如圖3所示

5、籽粒灌漿速率計算

t1時刻測量籽粒投影面積為kp_avg1，t2時刻測量籽粒投影面積為kp_avg2，則籽粒灌漿速率vf＝(kp_avg2-kp_avg1)/(t2-t1)。

在一個實施例中，本發(fā)明還提供一種玉米籽粒灌漿速率的測量裝置，與相機連接，包括：

二值圖像模塊，用于分別將兩個時刻玉米果穗的圖片進行二值化處理，獲得兩個時刻玉米籽粒的二值圖像；

中心籽粒模塊，與所述二值圖像模塊連接對所述玉米籽粒的二值圖像，用于利用二值圖像的中心坐標，獲得若干個玉米籽粒，作為中心籽粒序列；以及

計算模塊，與所述中心籽粒模塊連接，用于基于所述中心籽粒序列的各籽粒的像素數(shù)量，獲得該時刻玉米籽粒的投影面積，結合兩個時刻的時間間隔，獲得玉米籽粒灌漿速率。

最后，本申請的方法僅為較佳的實施方案，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。