一种基于多光谱成像技术的蝴蝶兰灰霉病早期检测方法技术

一种基于多光谱成像技术的蝴蝶兰灰霉病早期检测方法，属于病原性真菌检测技术领域。本发明专利技术从灰霉病病原、症状、传播途径和发病条件进行研究分析，利用多光谱成像技术获取蝴蝶兰花瓣信号，通过两层筛选的方式：先用图像分割和预处理处理筛选已发病出现病斑的样本；而对于感染病菌后还未出现病斑的样本，经由数据分析结合化学计量学方法建立分析模型，提取特定波长范围内灰度图像，可视化感染部位，达到在发病早期，根据异常光谱检测出受侵染花瓣，实现将感染植株从未感染植株中快速、有效地筛选出来。此法具有操作简便、快速、无破损、检测成本较低等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多光谱成像技术的蝴蝶兰灰霉病早期检测方法
本专利技术属于病原性真菌检测
，具体涉及一种基于多光谱成像技术的蝴蝶兰灰霉病早期检测方法。
技术介绍
蝴蝶兰（Phalaenopsis）为兰科（Orchidaceae）蝴蝶兰属多年生草本植物，原产于热带、亚热带地区，蝴蝶兰株型优美、花色丰富、花姿优雅，素有“兰中皇后”之美誉，具有极高的观赏价值和经济价值及其可观的盆栽特性，也是重要的出口花卉，在国内外花卉市场上备受人们的青睐。但是在生产过程中，由于病虫害的危害，经常造成蝴蝶兰观赏性降低、商品性打折。尤其一些真菌、细菌性病害，以其病原多、传播快、危害重、潜伏期长等特征，常导致全株枯萎或死亡，失去观赏价值，使蝴蝶兰品质达不到出口要求，严重危害蝴蝶兰的工厂化生产，造成巨大经济损失。灰霉病是蝴蝶兰上常见的真菌病害，病原菌无性态为灰葡萄孢菌BotrytiscinereaPers，早春或秋冬为发病高峰期，主要危害蝴蝶兰的花瓣，发病初期在花瓣上出现水浸状的小斑点，随后变成褐色，并逐渐扩大，发病后期病斑相互融合可形成大型病斑，引起花枯，湿度大时可见花上有灰色霉菌（依据从发病初期到病斑形成的症状，可以判定是灰葡萄孢菌）。灰霉病是一类世界性病害，该病的扩展是渐进式的，植株受侵后，病菌能定植下来，随着植株生长而扩展。除了感染蝴蝶兰，还能够感染百合、海棠、玫瑰和芍药等其他花卉，并造成严重经济损失。因此，在蝴蝶兰的生产过程中迫切需要一种便捷、快速、无污染的灰霉病检测方法。多光谱成像技术是近年来广泛采用的一种快速无损检测技术，与传统高光谱成像技术相比，多光谱成像技术避免了海量的光谱特征数据，更适合于品质实时在线检测。多光谱能够在病原菌发病前检测出感染植株，且通过灰度图将病斑可视化，控制或降低病害的发生，是一套行之有效的防治措施。因此本专利技术目的在于提供一种快速无损的检测方法，为多光谱成像在花卉品质的无损、实时、自动检测领域提供技术支持，从而提高花卉的观赏价值、经济价值、社会价值。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决目前并没有一种有效的对蝴蝶兰灰霉病进行检测的方法的问题，提供一种基于多光谱成像技术的蝴蝶兰灰霉病早期检测方法，以实现对蝴蝶兰灰霉病的快速鉴别，提高蝴蝶兰对病原性真菌的防治技术，有利于生产管理。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种基于多光谱成像技术的蝴蝶兰灰霉病早期检测方法，所述方法具体步骤如下：步骤一：制备综合PDA培养基：称取200±2g马铃薯，去皮，切块，放入蒸馏水中煮沸30min，用八层纱布过滤，向滤液中加入琼脂20±0.0001g，继续加热搅拌混匀，待琼脂溶解完后，加入磷酸二氢钾3±0.0001g，硫酸镁1.5±0.0001g，葡萄糖20±0.0001g，维生素B110±0.0001mg，搅拌均匀，冷却20min再补足水分至1000mL，装入锥形瓶，加塞、用封口膜封住瓶口，121℃灭菌20分钟后取出，冷却后放4℃冰箱贮存，备用；步骤二：将灰葡萄孢菌接种到综合PDA培养基上，在26℃培养箱中培养7天，备用；步骤三：挑选花期（长势一致）相同、健康的“大辣椒”蝴蝶兰，在相对湿度为80%，温度为25±2℃，有散光的环境下培养；将培养好的灰葡萄孢菌用无菌水冲洗，制成菌悬液来侵染蝴蝶兰花瓣，1天后再次侵染，同时设置未浸染组，侵染组和未浸染组分开培养；步骤四：侵染两次之后，使用多光谱成像技术获取未侵染和侵染蝴蝶兰的光谱图像,在光谱系统上，通过阈值分割，将感兴趣区域用红色标记，背景用绿色标记，提取感兴趣区域光谱值；步骤五：对步骤四得到的蝴蝶兰光谱图像进行处理，将花瓣图像信息的灰度值转换成反射率值，对比侵染组和未侵染组花瓣的光谱反射值；对于侵染组，若花瓣RGB图像上病斑已显现，通过选取病斑特征最明显波长下的图像进行图像预处理及分割处理，提取病斑区域灰度图，并通过该区域的光谱反射值确定是否为灰霉病害；若RGB图像上病斑未显现，执行步骤六；步骤六：获取光谱信息之后，采用支持向量机回归法对上述未出现病斑的侵染组样本建立蝴蝶兰与所对应光谱信息的分析模型，同时提取特定波长范围内的灰度图，与未侵染组灰度图进行对比，寻找感染部位。本专利技术相对于现有技术的有益效果是：利用多光谱成像技术具有无损、快速、无污染等优点，该方法可在发病前，根据异常光谱检测出受侵染花瓣，鉴别病原菌侵染和未被侵染的蝴蝶兰，除此之外，在特定波长下的灰度图，可加强病斑可视化，不破坏样品，而且不需要从形态学和分子生物学等传统手段进行鉴定，由所得花瓣信息与对应的光谱图像信息经由数据分析结合化学计量学方法建立分析模型，不需要任何样品预处理，实现对早期病原菌侵染蝴蝶兰的快速无损检测。附图说明图1为侵染组和未侵染组蝴蝶兰的平均光谱吸收图；图2为未侵染组蝴蝶兰在660~970nm的病斑判别图；图3为侵染组病斑显现蝴蝶兰在660~970nm的病斑判别图；图4为侵染组病斑未显现蝴蝶兰在660~970nm的病斑判别图；图5为侵染组和未侵染组蝴蝶兰预测集的实际分类和预测分类图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。本专利技术的原理为：本专利技术从灰霉病病原、症状、传播途径和发病条件进行研究分析，利用多光谱成像技术获取蝴蝶兰花瓣信号，通过两层筛选的方式：先用图像分割和预处理处理筛选已发病出现病斑的样本；而对于感染病菌后还未出现病斑的样本，经由数据分析结合化学计量学方法建立分析模型，提取特定波长范围内灰度图像，可视化感染部位，达到在发病早期，根据异常光谱检测出受侵染花瓣，实现将感染植株从未感染植株中快速、有效地筛选出来。此法具有操作简便、快速、无破损、检测成本较低等优点，有利于提高蝴蝶兰对病原性真菌的防治技术以及园艺植物的观赏价值和经济价值，可满足园艺上花卉病原菌侵染大规模快速无损检测的需要。本专利技术在选取样本时，均选用花瓣外表完整、无任何可见缺陷（如病斑、黑斑、破损等）的均一样本，健康组不侵染病菌，单独培养，一直培养到侵染组出现病斑，再重新筛选健康组中依旧无任何可见缺陷的样本，作为最终健康组，这样就保证了所用健康组样本是未染病的。本专利技术在整个检测过程中不需要对花瓣进行任何前处理，用于侵染的蝴蝶兰样品选择隐藏性更高、更具有代表性的深红色蝴蝶兰，所用的蝴蝶兰均处于同一生长期，且花瓣表面没有任何病斑、破损等可视缺陷；多光谱成像技术做到了在样品整体外观一致情况下，对蝴蝶兰花瓣灰霉病的精确鉴别。蝴蝶兰花瓣被病原菌侵染之后1天内，肉眼观察花瓣表面并未出现明显病症，通过多光谱成像技术结合图像处理方法能够有效获取花瓣表面被病菌侵染的区域和侵染程度。根据花瓣受灰霉病侵染后的发病规律，24h即可表现出外部症状，产生直径约0.15cm小型半透明圆点，随后变成褐色，因此，本专利技术在侵染之后1天内进行光谱采集。对已出现较为明显病斑的花瓣，通过选取病斑特征最明显波长下的图像进行图像预处理及分割处理，提取病斑区域，并通过该区域的光谱反射值确定是否为灰霉病害。若花瓣上未出现明显病斑，多光谱成像技术通过获取蝴蝶兰花瓣表面光谱信息，并结合化学计量方法，实现对蝴蝶兰灰霉病的快速筛本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多光谱成像技术的蝴蝶兰灰霉病早期检测方法，其特征在于：所述方法具体步骤如下：步骤一：制备综合PDA培养基：称取200±2g马铃薯，去皮，切块，放入蒸馏水中煮沸30min，用八层纱布过滤，向滤液中加入琼脂20±0.0001g，继续加热搅拌混匀，待琼脂溶解完后，加入磷酸二氢钾3±0.0001g，硫酸镁1.5±0.0001g，葡萄糖20±0.0001g，维生素B110±0.0001mg，搅拌均匀，冷却20 min再补足水分至1000 mL，装入锥形瓶，加塞、用封口膜封住瓶口，121℃灭菌20分钟后取出，冷却后放4℃冰箱贮存，备用；步骤二：将灰葡萄孢菌接种到综合PDA培养基上，在26℃培养箱中培养7天，备用；步骤三：挑选花期相同、健康的蝴蝶兰，在相对湿度为80%，温度为25±2℃，有散光的环境下培养；将培养好的灰葡萄孢菌用无菌水冲洗，制成菌悬液来侵染蝴蝶兰花瓣，1天后再次侵染，同时设置未浸染组，侵染组和未浸染组分开培养；步骤四：侵染两次之后，使用多光谱成像技术获取未浸染和侵染蝴蝶兰的光谱图像,在光谱系统上，通过阈值分割，将感兴趣区域用红色标记，背景用绿色标记，提取感兴趣区域光谱值；步骤五：对步骤四得到的蝴蝶兰光谱图像进行处理，将花瓣图像信息的灰度值转换成反射率值，对比侵染组和未侵染组花瓣的光谱反射值；对于侵染组，若花瓣RGB图像上病斑已显现，通过选取病斑特征最明显波长下的图像进行图像预处理及分割处理，提取病斑区域灰度图，并通过该区域的光谱反射值确定是否为灰霉病害；若RGB图像上病斑未显现，执行步骤六；步骤六：获取光谱信息之后，采用支持向量机回归法对上述未出现病斑的侵染组样本建立蝴蝶兰与所对应光谱信息的分析模型，同时提取特定波长范围内的灰度图，与未浸染组灰度图进行对比，寻找感染部位。...

【技术特征摘要】
1.一种基于多光谱成像技术的蝴蝶兰灰霉病早期检测方法，其特征在于：所述方法具体步骤如下：步骤一：制备综合PDA培养基：称取200±2g马铃薯，去皮，切块，放入蒸馏水中煮沸30min，用八层纱布过滤，向滤液中加入琼脂20±0.0001g，继续加热搅拌混匀，待琼脂溶解完后，加入磷酸二氢钾3±0.0001g，硫酸镁1.5±0.0001g，葡萄糖20±0.0001g，维生素B110±0.0001mg，搅拌均匀，冷却20min再补足水分至1000mL，装入锥形瓶，加塞、用封口膜封住瓶口，121℃灭菌20分钟后取出，冷却后放4℃冰箱贮存，备用；步骤二：将灰葡萄孢菌接种到综合PDA培养基上，在26℃培养箱中培养7天，备用；步骤三：挑选花期相同、健康的蝴蝶兰，在相对湿度为80%，温度为25±2℃，有散光的环境下培养；将培养好的灰葡萄孢菌用无菌水冲洗，制成菌悬液来侵染蝴蝶兰花瓣，1天后再次侵染，同时设置未浸染组，侵染组和未浸染组分开培养；步骤四：侵染两次之后，使用多光谱成像技术获取未浸染和侵染蝴蝶兰的光谱图像,在光谱系统上，通过阈值分割，将感兴趣区域用红色标记，背景用绿色标记，提取感兴趣区域光谱值；步骤五：对步骤四得到的蝴蝶兰光...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑磊，刘长虹，余俊杰，刘伟，颜玲，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34