玉米籽粒剖面角質與粉質百分比的定量測定方法
【專利摘要】本發明提供一種玉米籽粒剖面角質與粉質百分比的機器視覺定量測定方法，搭建機器視覺采集系統后，進行尺寸標定圖像的采集，計算獲得單位像素所代表的實際尺寸；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；再使用機器視覺采集系統進行玉米種子剖面圖像采集，采用多段閾值分割技術，對玉米種子剖面圖像不同區域進行分割，得到每張圖像的角質、粉質區域子圖像，并提取統計各區域的像素點個數；最后計算獲得玉米種子剖面角質、粉質區域的實際面積，并求出其百分比。本方法采用機器視覺測試的方式直接測定玉米籽粒剖面的角質面積百分率，準確性高，易于操作，可以批量檢測，具有較強的應用價值。
【專利說明】玉米好粒剖面角質與粉質百分比的定量測定方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及種子質量圖像檢測領域，具體為一種玉米籽粒剖面角質與粉質百分比的視覺定量測定方法。
【背景技術】
[0002]玉米角質率是玉米重要的籽粒品質參數，對玉米種子和糧食的加工品質和商品品質具有重要影響。
[0003]玉米角質率的測定方法，目前還沒有統一的標準。最常用的方法是手工檢測，可參考小麥角質率的檢測方法GB1351-1999，存在較大的人為誤差。
[0004]2004年,Corinda Erasmus和John RN Taylor曾經試圖建立了一套快速無損影像分析技術，用于檢測玉米籽粒的角質率，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計學的方法，通過檢測與角質率相關的其他性狀而間接檢測角質率，本身就存在一定的誤差。
【發明內容】
[0006]本發明針對現有技術的不足，提供一種玉米籽粒剖面角質與粉質百分比的定量測定方法，與現有技術相比，本方法采用機器視覺測試的方式直接測定玉米籽粒剖面的角質面積百分率，準確性高，易于操作，可以批量檢測，具有較強的應用價值。
[0007]為達到以上目的，本發明所采用的技術方案是:
[0008]一種玉米籽粒剖面角質與粉質百分比的機器視覺定量測定方法，包括以下步驟:
[0009]S1:搭建機器視覺采集系統；
[0010]S2:采集尺寸標定圖像，將采集得到的圖像輸入計算機，計算獲得單位像素所代表的實際尺寸；
[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剖面的影響；
[0013]S5:使用機器視覺采集系統進行玉米種子剖面圖像采集，將采集的到的圖像輸入計算機，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上，采用多段閾值分割技術，對玉米種子剖面圖像不同區域進行分割，得到每張圖像的角質、粉質區域子圖像，并提取統計各區域的像素點個數；
[0015]S7:基于s2所得到的單位像素所代表的實際尺寸，計算獲得玉米種子剖面角質、粉質區域的實際面積，并求出其百分比。
[0016]進一步的，所述的步驟s6中，通過以下步驟對原始玉米種子剖面圖像進行多段閾值分割操作:
[0017]S6.1:對原始玉米種子剖面圖像進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區域和粉質區域，分別得到兩區域的閾值范圍；
[0019]S6.3:根據分析得到的角質區域閾值范圍，設定好閾值上限和下限，做一次閾值分害I]，得到單獨的角質區域圖像；
[0020]S6.4:根據分析得到的粉質區域閾值范圍，設定好閾值上限和下限，做二次閾值分害I]，得到單獨的粉質區域圖像；
[0021]S6.5:分別對角質區域和粉質區域圖像進行輪廓像素面積計算處理，所得到的各區域輪廓像素面積即為各區域的像素點個數。
[0022]進一步的，采用工業CCD相機與四面無影光源相結合的方法搭建機器視覺采集系統。
[0023]進一步的，將玉米種子鑲嵌在以黑色橡皮泥構成的玉米種子剖面圖像采集板上。
[0024]本發明的工作原理以及有益效果表現在:
[0025]本發明提供一種玉米籽粒剖面角質與粉質百分比的機器視覺定量測定方法，首先進行尺寸標定圖像的采集，計算獲得單位像素所代表的實際尺寸；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剖面的影響；再使用機器視覺采集系統進行玉米種子剖面圖像采集，采用多段閾值分割技術，對玉米種子剖面圖像不同區域進行分割，得到每張圖像的角質、粉質區域子圖像，并提取統計各區域的像素點個數；最后計算獲得玉米種子剖面角質、粉質區域的實際面積，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，可以更好的實現玉米籽粒剖面角質與粉質百分比的機器視覺測定。通過調整各個模塊的參數，可以適用于不同條件下(調整CCD鏡頭參數可以處理不同外形大小品種的玉米種子；調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與粉質百分比機器視覺定量測定，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是像素單位面積標定圖像(10mm*10mm標準圖像);
[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角質圖像。
【具體實施方式】
[0033]下面未述及的相關技術內容均可采用或借鑒現有技術。
[0034]為了使本【技術領域】的人員更好地理解本申請中的技術方案，下面將結合本申請實施例中，對本申請實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本申請中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本申請保護的范圍。
[0035]一種玉米籽粒剖面角質與粉質百分比的定量測定方法，首先搭建器視覺采集系統，本實施例采用工業CCD相機與四面無影光源相結合的方法搭建機器視覺采集系統，以消除玉米種子成像過程中產生的自身陰影，防止其影響分割精度。
[0036]具體方法共包括5個步驟:①尺寸標定圖像采集排布玉米種子；③玉米種子剖面圖像采集預處理玉米種子剖面圖像特征測定計算剖面角質、粉質區域實際面積。
[0037]1、尺寸標定圖像采集
[0038]使用標準尺寸圖像作為標定圖像，圖1所示，將采集的到的24位RGB圖像輸入計算機，計算獲得單位像素所代表的實際尺寸。
[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測量的影響。
[0041]3、玉米種子首I]面圖像米集
[0042]使用機器視覺采集系統進行玉米種子剖面圖像采集，將采集的到的24位RGB圖像輸入計算機，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定
[0044]在采集到的原始玉米種子剖面圖像基礎上，采用多段閾值分割技術，對玉米種子剖面圖像不同區域進行分割，得到每張圖像的角質、粉質區域子圖像，并提取統計各區域的像素點個數，具體如下:
[0045]A、對原始玉米種子剖面圖像進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區域和粉質區域，分別得到兩區域的閾值范圍，并切除胚部(去除胚部對以后分割的影響)，便于下一步的分割計算；
[0047]C、根據分析得到的角質區域閾值范圍，設定好閾值上限和下限，做一次閾值分割，得到單獨的角質區域圖像，圖6所示；
[0048]D、根據分析得到的粉質區域閾值范圍，設定好閾值上限和下限，做二次閾值分割，得到單獨的粉質區域圖像，如圖5所示白色區域；
[0049]E、分別對角質區域和粉質區域圖像進行輪廓像素面積計算處理，所得到的各區域輪廓像素面積即為各區域的像素點個數；
[0050]5、計算剖面角質、粉質區域實際面積
[0051]基于尺寸標定圖像所得到的單位像素所代表的實際尺寸，計算獲得玉米種子剖面角質、粉質區域的實際面積，并求出其百分比。
[0052]選取20粒不同品種玉米種子，采用現有人工測量技術(不規則圖形面積測量的畫線法，即從上到下在圖形內畫一些等距的平行線，然后測量每根線的長度。(線的長度和)乘以平行線之間的距離=面積。)和本方案技術進行比對；得到測試結果如下表I所示:
[0053]表I不同玉米種子百分率測試
[0054]
種子編號本方案測試角質百分人工測試角質百分單位像素面積
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]從測試表格可以看出，釆用本方案測試出的百分率要優于人工測試法，可以精確到每像素0.002mm2o該方案方便可行，適用性高，測試速度快:測試時間為3?1min/百粒，精度高等特點。
[0057]用于檢測的15份玉米自交系材料(果穗比較均勻一致)的角質面積百分率的測定結果如表2所示。
[0058]每份自交系的3個重復選自同一份材料的3個果穗，每個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面積百分率本身就存在一定的差異)，按上述方法進行檢測。結果顯示，15份材料的3個重復的變異系數在2.0以下，角質面積百分率的測定結果重復性較好。
[0059]表2玉米角質面積百分率
[0060]
_玉米的角質面積百分率=角質/整個種子斷面*100
材料號重復一重復一重復二變;^系數-標準
里發.里發一里&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的優選實施方式，使本領域技術人員能夠理解或實現本申請。對這些實施例的多種修改對本領域的技術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的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本申請將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
【權利要求】
1.一種玉米籽粒剖面角質與粉質百分比的機器視覺定量測定方法，其特征在于包括以下步驟: S1:彳合建機器視覺米集系統； S2:采集尺寸標定圖像，將采集得到的圖像輸入計算機，計算獲得單位像素所代表的實際尺寸； 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剖面的影響； 55:使用機器視覺采集系統進行玉米種子剖面圖像采集，將采集的到的圖像輸入計算機，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上，采用多段閾值分割技術，對玉米種子剖面圖像不同區域進行分割，得到每張圖像的角質、粉質區域子圖像，并提取統計各區域的像素點個數； 57:基于s2所得到的單位像素所代表的實際尺寸，計算獲得玉米種子剖面角質、粉質區域的實際面積，并求出其百分比。
2.根據權利要求1所述的玉米籽粒剖面角質與粉質百分比的機器視覺定量測定方法，其特征在于: 所述的步驟s6中，通過以下步驟對原始玉米種子剖面圖像進行多段閾值分割操作: S6.1:對原始玉米種子剖面圖像進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區域和粉質區域，分別得到兩區域的閾值范圍； S6.3:根據分析得到的角質區域閾值范圍，設定好閾值上限和下限，做一次閾值分割，得到單獨的角質區域圖像； S6.4:根據分析得到的粉質區域閾值范圍，設定好閾值上限和下限，做二次閾值分割，得到單獨的粉質區域圖像； S6.5:分別對角質區域和粉質區域圖像進行輪廓像素面積計算處理，所得到的各區域輪廓像素面積即為各區域的像素點個數。
3.根據權利要求1所述的玉米籽粒剖面角質與粉質百分比的機器視覺定量測定方法，其特征在于:采用工業CCD相機與四面無影光源相結合的方法搭建機器視覺采集系統。
4.根據權利要求1所述的玉米籽粒剖面角質與粉質百分比的機器視覺定量測定方法，其特征在于:將玉米種子鑲嵌在以黑色橡皮泥構成的玉米種子剖面圖像采集板上。
【文檔編號】G01B11/28GK104197866SQ201410362765
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年7月28日 優先權日:2014年7月28日
【發明者】劉雙喜, 傅生輝, 王金星, 張春慶, 孫樂秀, 牟華偉, 孟凡榮, 范連祥 申請人:山東農業大學