基於機器視覺的花粉活力測定方法
2023-12-10 02:22:41 1
專利名稱：基於機器視覺的花粉活力測定方法
技術領域：
本發明涉及一種基於機器視覺的花粉活力測定方法，屬於遺傳育種領域。
背景技術：
花粉活力是指在正常條件下花粉萌發的能力，是評估花粉細胞活性的依據之一。 花粉活力測定和比較可以為遺傳育種工作提供借鑑，花粉活力測定結果的準確性是保證花粉質量的重要途徑。植物花粉的活力因植物種不同而有所差異，大多數植物的花粉活力除受遺傳因子影響外，環境因素如取材前後及保存過程的溫度、溼度等因素也有很大的影響。 花粉活力測定是植物生殖生物學研究中、育種工作中、不育系鑑定中經常測定指標。按其測定原理分為直接檢驗法、染色鑑定法、發芽測定法(培養基培養法)、形態鑑定法。染色法簡單、迅速，在染色法中，有I2-KI染色法、TTC染色法、FOR染色法FCR染色法(螢光染料法)、聯苯胺染色法、Baker』 s染色法、ρ-苯二胺法等等。目前，以TTC法最常應用，但在觀察時受人為因素影響較大。隨著計算機技術在農產品品質檢驗過程中的應用日益廣泛，探討運用機器視覺及圖像處理技術，快速準確地識別花粉色彩特徵，實現花粉活力測定的自動化和智能化，無疑是減少人為因素影響、提高測定效率的新途徑。因此，將基於機器視覺的花粉活力測定方法應用到實際生產過程中，對實現花粉活力檢測的技術水平具有重要意義，有利於提高花粉活力測定的準確性和時效性，促進我國遺傳育種工作的發展。
發明內容
將基於機器視覺的花粉活力測定方法應用到實際生產過程中，可提高花粉活力測定的準確性和時效性，促進我國遺傳育種工作的發展。為了解決上述問題，本發明提供了一種基於機器視覺的花粉活力測定方法。一種基於機器視覺的花粉活力測定方法，具體步驟如下Sl 採用高放大倍數顯微鏡與工業CCD相機相結合的方法進行花粉圖像採集，將採集得到的M位RGB圖像讀入計算機，得到原始花粉圖像；S2 在採集原始花粉圖像的基礎上，採用灰度直方圖法和輪廓面積檢測法對圖像進行預處理，以得到準確的圖像分割閾值和單粒花粉均值面積及均值半徑；使用形態學不對稱腐蝕運算確定花粉中心，結合均值半徑得到單粒花粉圖像；S3:採用單閾值法對花粉圖像進行初次分割，得到每張圖像的多張子圖像，對子圖像採用面積比對法檢測，確定子圖像包括的花粉個數；S4 對於子圖像花粉個數大於1的情況，即出現花粉粘連現象，採用不對稱形態學處理方法，對子圖像進行多次腐蝕，得到花粉的圖像分布中心，以該中心為圓點，以單粒花粉均值半徑為半徑劃定花粉有效區域，進行粘連花粉分割，得到每一粒花粉圖像；S5:採用灰度圖像極值小波邊緣檢測方法得到每一粒花粉的準確分布區域，提取該區域內的RGB色彩參數大小，以RGB色彩參數為基礎得到HIS色彩參數和Lab色彩參數；
S6 根據RGB色彩參數、HIS色彩參數和Lab色彩參數建立花粉活力測定的特徵參數，對花粉活力進行測定。所述步驟S5中，通過以下步驟對花粉圖像進行色彩參數提取S5. 1 先對圖像進行灰度化處理，使圖像失去色彩信息，有利於對其進行灰度圖像增強；S5. 2 考慮到有椒鹽噪聲存在，採用中值濾波技術使其弱化；S5. 3 對邊緣檢測範圍內進行逐個像素訪問，提取每個像素點的RGB值大小，根據 RGB大小確定每個像素點的HIS和Lab色彩信息大小；S5. 4 對每個像素點的RGB、HIS和Lab取均值運算，作為每一粒花粉的色彩信息大小。所述步驟S6中，通過建立一種基於機器視覺的花粉活力測定方法，實現了花粉活力的自動化測定，其具體步驟是S6. 1 通過實驗，建立花粉活力與RGB色彩參數、HIS色彩參數、Lab色彩參數的關係模型；S6. 2 根據S6. 1建立的關係模型，確定花粉活力測定的特徵參數，建立花粉活力測定的特徵向量，得出各個分量的權重調節方法；S6. 3 根據花粉活力測定的特徵向量，對花粉活力進行測定；S6. 4 採用染色測定法和發芽測定法對基於機器視覺的花粉活力測定方法的測定準確度進行評定。本發明提供的花粉活力測定方法首先進行花粉圖像採集，對圖像進行灰度直方圖處理，得到花粉圖像的灰度分布情況，確定出灰度圖像的閾值分割點和單粒花粉的均值面積及均值半徑大小；其次對預處理圖像進行單閾值分割，判斷分割得到的子圖像是否存在粘連現象，對於面積大於單粒花粉均值面積的粘連區域採用不對稱形態學腐蝕運算進行分割處理，得到完全分離的單粒花粉；再次採用小波極值邊緣檢測法對每一粒花粉進行色彩參數提取，統計單粒花粉邊緣輪廓內的RGB、HIS和Lab三套色彩體系特徵均值，得到每粒花粉的活力色彩信息；最後通過對提取出的花粉色彩特徵信息進行數據分析，得到花粉活力的測定參數，進行花粉活力的評定。通過該方法，能夠提高圖像採集、圖像處理、色彩特徵提取的速度和精度，可以更好地實現花粉色彩特徵測定和活力測定。通過調整各個模塊的參數，可以適用於不同條件下的花粉活力評定，減小由於外界因素變化而引起的評定誤差。
圖1是基於機器視覺的花粉活力測定方法示意框圖。
具體實施例方式以下實施方式用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。如圖1所示，本發明共包括5個方面①花粉圖像採集；②花粉圖像預處理；③ 花粉預處理圖像的目標分割與提取；④花粉顆粒色彩特徵採集；⑤花粉活力的色彩特徵測定。
1、花粉圖像採集用TTC對花粉做染色處理，並將製作好的花粉玻片放在高放大倍數顯微鏡下使用工業CCD相機進行圖像採集，將採集得到的M位RGB圖像按照時間順序讀入計算機並保存。2、花粉圖像預處理主要是對基於機器視覺的花粉活力測定方法採集的花粉圖像運用軟體編程進行處理，將採集後的花粉圖像採用灰度直方圖法和輪廓面積檢測法對圖像進行預處理，灰度直方圖表示圖像中具有每種灰度級的像素的個數，反映圖像中每種灰度出現的頻率。灰度直方圖操作能夠有效用於圖像增強，提供有用的圖像統計資料，在軟體中易於計算。通過灰度直方圖處理，得到花粉圖像的灰度分布情況，確定出灰度圖像的閾值分割點和單粒花粉的均值面積及均值半徑大小。3、花粉預處理圖像的目標分割與提取對預處理圖像進行單閾值分割，得到分割子圖像，對分割後的子圖像元素運用編程進行面積比對，確定每張子圖像的花粉數目以及粘連狀況對於子圖像花粉個數大於1 的情況，即出現了花粉粘連現象。採用不對稱形態學處理方法，對子圖像進行多次腐蝕，使用形態學不對稱腐蝕運算確定花粉中心，結合均值半徑得到單粒花粉圖像。使用形態學不對稱腐蝕運算確定花粉中心和均值半徑從而確定花粉範圍，能夠更準確地得到單粒花粉圖像。經多次腐蝕得到花粉的圖像分布中心，以該中心為圓點，以單粒花粉均值半徑為半徑劃定花粉有效區域，進行粘連花粉分割，得到每一粒花粉圖像，從而實現花粉圖像的精確分割。4、花粉顆粒色彩特徵採集採用灰度圖像極值小波邊緣檢測方法先對圖像進行灰度化處理，使得圖像失去色彩信息，有利於對其進行灰度圖像增強。考慮到有椒鹽噪聲存在，採用中值濾波技術使其弱化。對邊緣檢測範圍內逐個像素進行訪問，提取每個像素點的RGB值大小，根據RGB大小確定每個像素點的HIS和Lab色彩信息大小。對每個像素點的RGB、HIS和Lab取均值運算， 作為每一粒花粉的色彩信息大小。提取該區域內的RGB色彩參數大小，以RGB色彩參數為基礎得到HIS色彩參數和Lab色彩參數，統計單粒花粉邊緣輪廓內的RGB、HIS和Lab三套色彩體系特徵均值。5、花粉活力色彩特徵測定建立花粉活力與RGB色彩參數、HIS色彩參數和Lab色彩參數的關係模型，確定花粉活力測定的特徵參數，建立花粉活力測定的特徵向量，給出各個分量的權重調節方法，根據花粉活力測定的特徵向量，對花粉活力進行評定，最後採用染色測定法和發芽測定法對基於機器視覺的花粉活力測定方法的測定準確度進行評定。在不脫離本發明的精神和範圍的情況下做出的各種變化和變型、所有等同的技術方案也屬於本發明的範疇。
權利要求
1. 一種基於機器視覺的花粉活力測定方法，其特徵在於包括以下步驟 Sl 採用高放大倍數顯微鏡與工業CCD相機相結合的方法進行花粉圖像採集，將採集得到的M位RGB圖像讀入計算機，得到原始花粉圖像；S2:在採集原始花粉圖像的基礎上，採用灰度直方圖法和輪廓面積檢測法對圖像進行預處理，以得到準確的圖像分割閾值和單粒花粉均值面積及均值半徑；使用形態學不對稱腐蝕運算確定花粉中心，結合均值半徑得到單粒花粉圖像；S3:採用單閾值法對花粉圖像進行初次分割，得到每張圖像的多張子圖像，對子圖像採用面積比對法檢測，確定子圖像包括的花粉個數；S4 對於子圖像花粉個數大於1的情況，即出現花粉粘連現象，採用不對稱形態學處理方法，對子圖像進行多次腐蝕，得到花粉的圖像分布中心，以該中心為圓點，以單粒花粉均值半徑為半徑劃定花粉有效區域，進行粘連花粉分割，得到每一粒花粉圖像；s5:採用灰度圖像極值小波邊緣檢測方法得到每一粒花粉的準確分布區域，提取該區域內的RGB色彩參數大小，以RGB色彩參數為基礎得到HIS色彩參數和Lab色彩參數；具體通過以下步驟對花粉圖像進行色彩參數提取s5. 1 先對圖像進行灰度化處理，使圖像失去色彩信息，增強圖像灰度； S5. 2 採用中值濾波技術使椒鹽噪聲弱化；s5. 3 對邊緣檢測範圍內進行逐個像素訪問，提取每個像素點的RGB值大小，根據RGB 大小確定每個像素點的HIS和Lab色彩信息大小；s5.4 對每個像素點的RGB、HIS和Lab取均值運算，作為每一粒花粉的色彩信息大小； S6 根據RGB色彩參數、HIS色彩參數和Lab色彩參數建立花粉活力測定的特徵參數，對花粉活力進行測定；其具體測定步驟是s6.1 建立花粉活力與RGB色彩參數、HIS色彩參數和Lab色彩參數的關係模型；S6. 2 根據S6. 1建立的關係模型，確定花粉活力測定的特徵參數，建立花粉活力測定的特徵向量，得出各個分量的權重調節方法；S6. 3 根據花粉活力測定的特徵向量，對花粉活力進行測定；S6. 4 採用染色測定法和發芽測定法對基於機器視覺的花粉活力測定方法的測定準確度進行評定。
全文摘要
本發明涉及一種基於機器視覺的花粉活力測定方法，首先進行花粉圖像採集，確定出灰度圖像的閾值分割點和單粒花粉的均值面積及均值半徑大小；其次對預處理圖像進行單閾值分割，得到完全分離的單粒花粉；再採用小波極值邊緣檢測法對每一粒花粉進行色彩參數提取，統計單粒花粉邊緣輪廓內的RGB、HIS和Lab三套色彩體系特徵均值，得到每粒花粉的活力色彩信息；最後通過對提取出的花粉色彩特徵信息進行數據分析，得到花粉活力的測定參數，進行花粉活力的評定。通過該方法，能夠提高圖像採集、圖像處理、色彩特徵提取的速度和精度，可以更好地實現花粉色彩特徵測定和活力測定。
文檔編號G06T7/00GK102288606SQ20111011587
公開日2011年12月21日 申請日期2011年5月6日 優先權日2011年5月6日
發明者劉雙喜, 吳承來, 孫愛清, 張春慶, 王蕊, 王金星, 高麗娟 申請人:山東農業大學