本發(fā)明涉及稻子選種領(lǐng)域，具體涉及一種糙米用做稻種前胚完整度的逐粒檢測(cè)方法及逐粒選種裝置，用于種子育種前的選種。

背景技術(shù)：

1、稻子是世界上主要的糧食作物之一，是我國(guó)主要的農(nóng)作物，它的年產(chǎn)量和播種面積，高達(dá)世界的首位，在全世界種植稻子的國(guó)家中，我們國(guó)家屬于產(chǎn)量比較高的國(guó)家，截止2024年3月，我國(guó)水稻總產(chǎn)量占全球總產(chǎn)量的30％，所以在農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)當(dāng)中它有著非常重要的地位。

2、由于稻子的外殼比較堅(jiān)硬，所以在種植之前為了提高它的發(fā)芽率以及出苗率，需要對(duì)稻種進(jìn)行處理。首先需要進(jìn)行曬種，曬種可以消滅稻皮表面的細(xì)菌，然后用消毒的藥水稀釋之后，把稻子的種子放到藥水中進(jìn)行浸泡，這個(gè)時(shí)候浸泡的時(shí)間要精準(zhǔn)，因?yàn)橄舅幰罕旧韼в幸欢ǖ拇碳ば裕绻麜r(shí)間過(guò)長(zhǎng)容易產(chǎn)生對(duì)種子的破壞作用，一般浸泡控制在五分鐘才可以。

3、然后再用催芽的藥粉浸泡，浸泡時(shí)間為二十四個(gè)小時(shí)左右，等到稻子的種粒全部膨脹之后才可以進(jìn)行催芽，在催芽的時(shí)候需要掌控好環(huán)境溫度，應(yīng)該放到比較溫暖潮濕的環(huán)境中進(jìn)行，這樣才可以提高催芽出苗的效率，等到百分之八十左右的苗芽全部漏出白芽苗之后才可以進(jìn)行播種，這樣才可以提高稻子幼苗的出苗率及提高種子的活性。

4、根據(jù)現(xiàn)有稻子選種過(guò)程可知，其在選種過(guò)程中存在以下技術(shù)問(wèn)題：

5、1、由于稻種需要經(jīng)過(guò)曬種、消毒、浸泡和催芽等工序，存在選種周期長(zhǎng)的問(wèn)題。

6、2、其在選種過(guò)程中，遇到無(wú)法發(fā)芽的稻種還會(huì)造成直接經(jīng)濟(jì)損失，此種選種方法存在選種成本高的問(wèn)題。

7、3、授權(quán)公告號(hào)為cn111802242b，專(zhuān)利名稱(chēng)為一種利用糙米成苗的雜交水稻育秧方法，其為獲得發(fā)芽率高的糙米，在對(duì)糙米進(jìn)行篩選時(shí)，所采用的技術(shù)手段是利用光電比色機(jī)來(lái)對(duì)糙米進(jìn)行篩選，雖然其能在一定程度上去除糙米粒不完整、霉變或者其它不良的糙米，但使用光電比色機(jī)需要一筆比較大的支出，一臺(tái)光電比色機(jī)一般要在2-3萬(wàn)元，因此，它更存在選種成本高的問(wèn)題，而且該光電比色機(jī)是利用光電池或光電管等光電轉(zhuǎn)換元件作檢測(cè)器，來(lái)測(cè)量通過(guò)有色溶液后透射光的強(qiáng)度，從而得出被測(cè)物質(zhì)含量的方法(例如，被測(cè)物質(zhì)是糙米粒上的胚，其可測(cè)出胚的含量)，而其并非用于對(duì)胚完整度的檢測(cè)。

8、4、對(duì)于糙米選種后能否達(dá)到預(yù)期發(fā)芽、生根并成為秧苗，還與糙米上的胚是否完整密切相關(guān)，完整胚的糙米具有較好的生命力，其胚發(fā)芽和長(zhǎng)根勢(shì)頭情況都好。而稻米是無(wú)法對(duì)其所含胚是否完整進(jìn)行識(shí)別的，因稻殼是不透光的。而且稻米在脫殼成為糙米的過(guò)程中，由于操作不當(dāng)，可能會(huì)對(duì)胚產(chǎn)生不同程度的損傷，因此，并不是所有糙米都能夠進(jìn)行成功育種，所以對(duì)胚的完整度的識(shí)別至關(guān)重要。

9、哈爾濱工業(yè)大學(xué)申請(qǐng)的申請(qǐng)?zhí)枮?02211456778.4的專(zhuān)利申請(qǐng)，雖然其目的是用于留胚完整度的識(shí)別，但是該方案僅公開(kāi)了“可分辨出大米是否留有胚芽，計(jì)算出留胚率”，其并沒(méi)有公開(kāi)究竟怎么計(jì)算留胚率，尤其是這個(gè)留胚率究竟是指所有米粒究竟有多少米粒還有留有胚，還是指一粒胚芽米的胚保留了多少，沒(méi)有進(jìn)行清楚的說(shuō)明。根據(jù)其背景技術(shù)的記載，其本質(zhì)上是作為食用米來(lái)進(jìn)行胚的檢測(cè)，食用米僅考慮其是否留有胚即可，因此其留胚率應(yīng)該是指所有米粒究竟有多少米粒還有留有胚，也正因如此，所以其根本不用關(guān)注留下的胚是否能夠發(fā)芽以作稻種，其并沒(méi)有、也不會(huì)針對(duì)“胚”本身的完整度檢測(cè)進(jìn)行清楚的說(shuō)明，即其并不用考慮胚是否能夠發(fā)芽，也自然不會(huì)考慮究竟要針對(duì)一粒胚芽米要保留多少胚可認(rèn)為其胚完整的問(wèn)題，因此其針對(duì)胚完整度的相關(guān)技術(shù)沒(méi)有充分公開(kāi)。更為關(guān)鍵的是：如果不考慮胚完整度的問(wèn)題，由于該方案是利用反射光的反射率來(lái)實(shí)現(xiàn)識(shí)別的，即便該方案用于加工留胚米過(guò)程胚的識(shí)別，但是針對(duì)其他封閉空間的暗環(huán)境，其反射光會(huì)受到比較大的影響，雖然其也公開(kāi)了“適當(dāng)增大相機(jī)的曝光時(shí)間以得到合適亮度的圖像”，但是在暗環(huán)境下不同的曝光時(shí)間也會(huì)導(dǎo)致不同情況、不同時(shí)間、不同工況下采集的圖像具有非常大的差異，因此會(huì)嚴(yán)重影響識(shí)別效果。針對(duì)糙米用做稻種前胚完整度檢測(cè)的需要，是基于“選種設(shè)備/機(jī)械”進(jìn)行的，這種情況下選種的工作空間基本都是一種“封閉或半封閉”的環(huán)境，這就形成了一個(gè)相對(duì)暗環(huán)境，為了保證圖像采集，需要設(shè)置提供光照條件的光源，如果發(fā)生光源損壞更換等情況，會(huì)導(dǎo)致相對(duì)暗環(huán)境發(fā)生較大變動(dòng)，這會(huì)影響到反射光檢測(cè)的準(zhǔn)確性，會(huì)嚴(yán)重影響202211456778.4這類(lèi)基于反射光的檢測(cè)方案，從而可能極大地影響作為稻種前胚完整度檢測(cè)的準(zhǔn)確性，進(jìn)而導(dǎo)致選種不準(zhǔn)確，影響出芽率，進(jìn)而可能導(dǎo)致種子種植后的減產(chǎn)。

10、哈爾濱工程大學(xué)的申請(qǐng)?zhí)枮?02110284189.1的專(zhuān)利申請(qǐng)雖然也可以用于胚芽完整度的識(shí)別，但是其是基于svm的方式實(shí)現(xiàn)的，svm等有監(jiān)督的機(jī)器學(xué)習(xí)方式需要訓(xùn)練識(shí)別模型，而訓(xùn)練識(shí)別模型的過(guò)程中，就需要準(zhǔn)備大量的帶標(biāo)簽的樣本，也就是需要針對(duì)大量的胚芽米圖像逐一進(jìn)行標(biāo)注，普通的圖像樣本的標(biāo)記都需要花費(fèi)大量的時(shí)間成本和工作量成本，尤其是樣本的數(shù)量又直接影響模型的效果，想要取得良好的識(shí)別效果，就需要對(duì)大量的樣本進(jìn)行標(biāo)記，例如按照八千個(gè)樣本計(jì)算，每一個(gè)樣本需要逐一利用工具進(jìn)行標(biāo)記，那么也需要花費(fèi)半個(gè)月以上的時(shí)間工作量成本；更何況，針對(duì)米粒這種十分微小的圖像，即便放大進(jìn)行標(biāo)記，也會(huì)大幅增加標(biāo)記時(shí)間和標(biāo)記工作量。更為關(guān)鍵的是：不同品種水稻的糙米粒形態(tài)差異非常大，即使是相同品種的水稻，每年產(chǎn)出稻子的糙米粒外表形態(tài)都會(huì)有所差別，不同地域產(chǎn)出稻子的糙米粒外表形態(tài)也是具有較大差異，這都會(huì)導(dǎo)致機(jī)器學(xué)習(xí)的適用性不佳，至少需要經(jīng)過(guò)對(duì)大量不同類(lèi)型稻米、不同地區(qū)稻米，甚至不同年份稻米的糙米粒進(jìn)行標(biāo)記，這會(huì)導(dǎo)致標(biāo)記的時(shí)間成本和工作量成本成數(shù)倍甚至十幾倍的增長(zhǎng)，這是一般的企業(yè)比較難接受的；同時(shí)針對(duì)標(biāo)記樣本，有監(jiān)督機(jī)器學(xué)習(xí)模型的構(gòu)建和/或訓(xùn)練過(guò)程的花銷(xiāo)也是十分巨大的，這是一般的開(kāi)發(fā)企業(yè)所不能承受的。此外，運(yùn)行機(jī)器學(xué)習(xí)模型的硬件設(shè)備普遍要求選用性能比較高的硬件，這也會(huì)增加設(shè)備成本。這都制約著選種設(shè)備的研發(fā)過(guò)程和設(shè)備最終的市場(chǎng)普及率及占有率，因此市場(chǎng)有開(kāi)發(fā)出低成本、高出芽率的選種設(shè)備的需求。

11、綜上所述，現(xiàn)有留胚米加工方式由于無(wú)法對(duì)糙米粒胚的完整度進(jìn)行準(zhǔn)確并低成本的識(shí)別，更不能將合格與不合格糙米逐粒分開(kāi)，故使得選中的種子出芽結(jié)果不是很好，進(jìn)而影響產(chǎn)量，以及糙米選種過(guò)程中存在的選種成本高的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有留胚米加工方式由于無(wú)法對(duì)糙米粒胚的完整度進(jìn)行準(zhǔn)確并低成本的識(shí)別，更不能將合格與不合格糙米逐粒分開(kāi)，故使得選中的種子出芽結(jié)果不是很好，進(jìn)而影響產(chǎn)量，以及糙米選種過(guò)程中存在的選種成本高的問(wèn)題，進(jìn)而提供一種糙米用做稻種前胚完整度的逐粒檢測(cè)方法及逐粒選種裝置。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是：

3、本發(fā)明提供了一種糙米用做稻種前胚完整度的逐粒檢測(cè)方法，它包括以下步驟：

4、s1、獲取光源透射糙米粒情況下的彩色糙米粒圖像；

5、s2、對(duì)彩色糙米粒圖像進(jìn)行預(yù)處理，得到預(yù)處理的彩色圖像；

6、s3、將預(yù)處理的彩色圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像；

7、s4、對(duì)灰度圖像進(jìn)行光線(xiàn)校正；

8、s5、基于光線(xiàn)校正后的灰度圖像，基于第一閾值，利用閾值分割方法分割得到每粒糙米的非糙米粒區(qū)域和糙米粒區(qū)域；針對(duì)每個(gè)糙米粒區(qū)域，逐個(gè)對(duì)糙米粒區(qū)域進(jìn)行后續(xù)的處理；

9、s6、針對(duì)灰度圖像中的糙米粒區(qū)域，基于第二閾值，利用閾值分割方法分割得到糙米粒區(qū)域中的胚區(qū)域，得到胚區(qū)域的輪廓，記為第一輪廓；

10、s7、將灰度圖像中的糙米粒區(qū)域映射回步驟s2的彩色圖像，并提取出濾波后的彩色圖像中的糙米粒區(qū)域；

11、然后將糙米粒區(qū)域的彩色圖像轉(zhuǎn)換到hsv空間，并提取v分量圖像；針對(duì)v分量圖像，通過(guò)設(shè)置第三閾值，利用閾值分割方法，分割得到v分量圖像中糙米粒區(qū)域的胚區(qū)域，得到胚區(qū)域的輪廓，記為第二輪廓；

12、s8、將第二輪廓映射到步驟s6對(duì)應(yīng)的糙米粒區(qū)域，從而在圖像上得到第二輪廓的映射輪廓和第一輪廓，基于第一輪廓和第二輪廓的映射輪廓，提取輪廓點(diǎn)：從兩個(gè)輪廓中提取對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，然后對(duì)這些點(diǎn)進(jìn)行插值，生成新的輪廓點(diǎn)，從而得到一個(gè)更準(zhǔn)確的融合輪廓；

13、s9、基于步驟s8中的融合輪廓，進(jìn)行凸包檢測(cè)，凸包檢測(cè)通過(guò)則確定為初檢胚區(qū)域，否則認(rèn)為其胚不完整；

14、s10、針對(duì)初檢胚區(qū)域，判斷胚的完整度。

15、進(jìn)一步地，步驟s2對(duì)彩色糙米粒圖像進(jìn)行預(yù)處理的過(guò)程中包括高斯濾波處理。

16、進(jìn)一步地，步驟s10所述針對(duì)初檢胚區(qū)域，判斷胚的完整度的過(guò)程中，是基于初檢胚區(qū)域的面積特征判斷胚的完整度。

17、進(jìn)一步地，基于初檢胚區(qū)域的面積特征判斷胚的完整度的過(guò)程中，當(dāng)胚區(qū)域的面積大于設(shè)定面積閾值時(shí)，判斷胚為完整，否則認(rèn)為其胚不完整。

18、或者，

19、將步驟s8中確定融合輪廓所對(duì)應(yīng)的糙米粒區(qū)域圖像整體提取出來(lái)，將其進(jìn)行拉伸變換到指定尺寸；然后基于指定尺寸范圍的拉伸變換圖像中的融合輪廓計(jì)算胚區(qū)域的面積，大于設(shè)定面積閾值，判斷胚為完整，否則認(rèn)為其胚不完整。

20、或者，

21、針對(duì)初檢胚區(qū)域，計(jì)算胚區(qū)域的面積；同時(shí)計(jì)算步驟s5中糙米粒區(qū)域的面積，如果胚區(qū)域的面積與糙米粒區(qū)域的面積的比值大于比例閾值，則判斷胚為完整，否則認(rèn)為其胚不完整。

22、本發(fā)明還提供了一種糙米用做稻種前胚完整度的選種裝置，它包括殼體、落米倉(cāng)、落米板和托米板，托米板安裝在殼體上，落米板轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在托米板上，落米板在圓周方向上以環(huán)形陣列的方式開(kāi)設(shè)有多個(gè)落米槽，落米倉(cāng)安裝在落米板上；它還包括罩體、攝像頭、燈帶和翻板，燈帶嵌裝在托米板的下面，翻板可開(kāi)啟安裝在托米板上，且翻板對(duì)應(yīng)處的托米板上開(kāi)設(shè)有翻板安裝孔，托米板上還設(shè)有分離孔，攝像頭通過(guò)罩體安裝在落米板上方，且攝像頭位于燈帶的上方，其中，攝像頭內(nèi)集成有攝像模組，所述攝像模組中有運(yùn)行糙米用做稻種前胚完整度的逐粒檢測(cè)方法。

23、進(jìn)一步地，落米倉(cāng)、燈帶、翻板和分離孔沿圓周方向等圓周角間隔排布設(shè)置。

24、進(jìn)一步地，它還包括翻板驅(qū)動(dòng)組件，所述翻板驅(qū)動(dòng)組件包括電機(jī)、導(dǎo)輥、繩索和兩個(gè)軸承座，電機(jī)和相對(duì)布置的兩個(gè)軸承座安裝在托米板的后端面上，導(dǎo)輥的兩個(gè)軸端轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在兩個(gè)軸承座上，且電機(jī)的輸出軸與導(dǎo)輥的一端連接，繩索的一端固定在導(dǎo)輥上，繩索的另一端繩身纏繞在導(dǎo)輥上且該繩端頭與翻板的背面固定連接。

25、更進(jìn)一步地，它還包括轉(zhuǎn)軸和彈簧，翻板通過(guò)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在托米板上，彈簧套裝在轉(zhuǎn)軸上并與翻板和托米板上的翻板安裝孔相抵。

26、更進(jìn)一步地，它還包括落米倉(cāng)，落米倉(cāng)安裝在落米板上。

27、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下效果：

28、1、本發(fā)明與現(xiàn)有糙米選種相比，逐粒檢測(cè)方法和逐粒選種裝置選出的糙米種子具有發(fā)芽結(jié)果更好的優(yōu)點(diǎn)：

29、首先，本發(fā)明針對(duì)光源透射糙米的圖像進(jìn)行識(shí)別，能夠在暗環(huán)境下極大地降低、甚至避免光環(huán)境變化的影響，進(jìn)而保證檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

30、本發(fā)明采用灰度圖像和v分量圖像融合進(jìn)行檢測(cè)，減少了因光照影響、灰度圖像本身等問(wèn)題影響導(dǎo)致的誤差，進(jìn)一步提高了檢測(cè)效果，同時(shí)本發(fā)明在灰度圖像的基礎(chǔ)上融入了v分量圖像，該圖像能夠在不同環(huán)境下保證胚乳和胚的相對(duì)差異的穩(wěn)定，提高了檢測(cè)的魯棒性，采用v分量圖像進(jìn)行融合確定胚區(qū)域，可以極大地降低前述影響，提高胚區(qū)域確定的準(zhǔn)確性。利用罩體扣在機(jī)架上，在拍攝過(guò)程中，起到屏蔽外界光源的功能，形成黑暗的拍攝環(huán)境，避免了除光源以外的其他光線(xiàn)影響，能夠在一定程度上提高檢測(cè)效果，在此基礎(chǔ)上，本發(fā)明的方案針對(duì)透射圖像進(jìn)行的處理，并考慮v分量圖像融合處理，可以在暗環(huán)境下極大地降低、甚至避免光光源更換等導(dǎo)致的光環(huán)境變化影響，始終保證檢測(cè)準(zhǔn)確率，還可以降低對(duì)拍攝頭的參數(shù)要求，從而降低成本。此外，由于v分量圖像能夠保證胚乳和胚的相對(duì)差異的穩(wěn)定，因此這也更有利于顯示胚的狀態(tài)，后續(xù)更容易判定胚損的程度，進(jìn)而有利于凸包的檢測(cè)，提高凸包的識(shí)別效果，進(jìn)而保證在凸包的檢測(cè)的基礎(chǔ)上結(jié)合面積檢測(cè)，以最終保證胚是否完整的檢測(cè)效果。本發(fā)明的檢測(cè)方法不需要對(duì)模型進(jìn)行訓(xùn)練，本身節(jié)省了訓(xùn)練成本，而且還避免了訓(xùn)練過(guò)程所需的大量帶有標(biāo)簽的樣本，也就是本發(fā)明無(wú)需進(jìn)行標(biāo)簽樣本的標(biāo)注和制作，因此也節(jié)省了訓(xùn)練樣本制作成本，進(jìn)而降低了開(kāi)發(fā)成本。

31、本發(fā)明在育種之前，通過(guò)對(duì)糙米的胚完整度進(jìn)行識(shí)別，并將胚完整的糙米和非完整胚的糙米進(jìn)行準(zhǔn)確分離。此過(guò)程，省略了傳統(tǒng)的稻米曬種和消毒工序，使得廠家可以直接采用合格的糙米進(jìn)行浸泡等其他工序。

32、其次，該胚端的發(fā)芽率之所以高，是因?yàn)楸景l(fā)明所使用的是合格的糙米直接進(jìn)行發(fā)芽有完整胚的糙米其發(fā)芽率必然會(huì)高。

33、再次，根據(jù)本發(fā)明所使用的完整胚的糙米在所做發(fā)芽實(shí)驗(yàn)中的發(fā)芽率都為98％以上，平均芽長(zhǎng)40mm-50mm。

34、故，本發(fā)明采用合格糙米進(jìn)行發(fā)芽育種，能夠有效提高發(fā)芽效果。

35、2、本發(fā)明的發(fā)芽周期短：

36、由于本發(fā)明的選種先對(duì)糙米的胚完整度進(jìn)行算法識(shí)別，并準(zhǔn)確的將具有完整胚的糙米和非完整胚的糙米進(jìn)行了分離。去掉了稻殼的糙米避免了細(xì)菌的產(chǎn)生，進(jìn)而無(wú)需進(jìn)行消毒。減少了曬種和消毒工序的大量準(zhǔn)備時(shí)間，直接進(jìn)行催芽即可，因無(wú)稻殼了，使得發(fā)芽周期大幅度的縮短。