X射线-可见光双模式成像无损提取水稻稻穗性状制造技术

本发明专利技术提供了一种X射线‑可见光双模式成像无损提取水稻稻穗性状的方法，通过双模式成像系统同步获取稻穗反射光表图像及透射光图像，应用椭圆检测、分水岭分割、细化处理与霍夫变换提取稻穗穗颈节、穗粒轮廓、米粒轮廓、穗分支骨架等特征，通过图像配准得到融合图像并建立稻穗产量性状的数学表征：采用稻穗谷粒可见光分割图像连通区域的标记个数表征总穗粒数；采用配准的米粒面积与谷粒轮廓面积之比表征穗粒的灌浆程度从而区分实粒、瘪粒，进行有效穗判定并计算结实率；通过标准样品标定，基于线性回归分析、最小二乘法，结合穗粒区域面积积分建立千粒重数学模型；通过稻穗骨架路径计算穗长、一次枝梗数、一次枝梗平均长度及二次枝梗数，用粒数与穗长之比表征着粒密度。本发明专利技术的特点在于：不经过脱粒、不经过分离实粒瘪粒的情况下即可快速、准确获取稻穗产量性状，为双模式成像在稻穗产量性状无损解析中的应用提供了一条可行途径。

【技术实现步骤摘要】
X射线-可见光双模式成像无损提取水稻稻穗性状
本专利技术属于机器视觉检测技术，具体涉及一种X射线-可见光双模式成像无损提取水稻稻穗性状的方法，即通过可见光及X-ray同时得到稻穗反射光表面图像与透射光穗颈节和穗粒内部图像信息，并将两幅图像配准融合、结合图形分析算法得到稻穗产量性状的数学表征，包括有效穗、穗粒数、结实率、千粒重、穗长、一次枝梗数、一次枝梗平均长度、二次枝梗数、及着粒密度。
技术介绍
稻作为世界三大粮食作物之一是世界半数以上人口的主粮[1]，我国是水稻最主要的生产和消费国家，水稻产量研究直接关系到我国粮食安全和农业发展[2]。稻穗产量性状获取对水稻育种以及相关功能基因解析具有重要意义，性状获取的准确度将直接影响水稻育种和基因解析的结果。构成水稻产量的四大要素有：有效穗，穗粒数，结实率及千粒重，此外，穗长、一次枝梗数、一次枝梗平均长度、二次枝梗数，也是产量相关的重要农艺学性状。传统的稻穗产量测量方式主要依靠人工，分为穗长测量、脱粒处理、谷粒参数测量三个步骤。这一操作方式中的过程繁琐、效率低，脱粒过程易造成误差等缺陷已经成为制约水稻研究的瓶颈因素。双模式成像是机器视觉领域常用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全自动X射线‑可见光双模式成像提取水稻稻穗形状的方法，分为X射线可见光双模式成像系统及图像数据分析两个功能模块，前者用于同步采集稻穗可见光、X‑ray图像，后者通过双模式图像产量特征解析和产量性状数学表征研究，实现无损提取稻穗产量性状。双模式成像系统包括铅防暗室(1)、工作站(2)、LED光源(3)、可见光高分辨相机(4)、微焦斑X射线源(5)、平移旋转控制器(6)、稻穗放置台(7)、X射线平板探测器(8)。其特征在于：调试不同的射线源电压(改变X射线能量)，找到对比度最好(对谷壳吸收小、米粒吸收大)的电压值，用于后续图像处理。将稻穗平铺于载物台，通过调节平移旋转控制器保证被测对象同时...

【技术特征摘要】
1.一种全自动X射线-可见光双模式成像提取水稻稻穗形状的方法，分为X射线可见光双模式成像系统及图像数据分析两个功能模块，前者用于同步采集稻穗可见光、X-ray图像，后者通过双模式图像产量特征解析和产量性状数学表征研究，实现无损提取稻穗产量性状。双模式成像系统包括铅防暗室(1)、工作站(2)、LED光源(3)、可见光高分辨相机(4)、微焦斑X射线源(5)、平移旋转控制器(6)、稻穗放置台(7)、X射线平板探测器(8)。其特征在于：调试不同的射线源电压(改变X射线能量)，找到对比度最好(对谷壳吸收小、米粒吸收大)的电压值，用于后续图像处理。将稻穗平铺于载物台，通过调节平移旋转控制器保证被测对象同时位于两套成像装置视野内。采用硬件触发成像方式，保证同步获取反射光线图像和投射光图像。2.根据权利要求1所述的图像数据分析模块，其特征在于：对RGB可见光图像进行预处理去掉背景及噪声，采用OTSU自动阈值分割得到稻穗二值图像。采用开操作使得穗粒与穗枝之间断开，利用椭圆检测将单颗谷粒标识出来同时对黏连谷粒采用分水岭分割得到单颗谷粒标识图像；稻穗枝梗特征提取：将稻穗二值图像减去谷粒区域得到枝梗分支区域，采用并行细化算法处理得到稻穗分支的单像素骨架。对X射线透射图像进行预处理去除背景及噪声，然后采用OTSU自动阈值分割得到稻穗二值化图像，对图像进行霍夫变换(用于直线检测)识别稻穗穗梗。对穗梗掩膜处理然后进行局部区域的自动阈值分割得到穗颈节区域。将剩余区域通过椭圆检测识别单颗米粒区域而对黏连米粒采用分水岭分割算法得到单颗米粒对应的二值图像。图像配准融合：首先进行位置定标，将一元钱硬币放置于两套成像系统视野的中央、四周获取5组图像对；然后计算可见光相机、X射线图像中硬币的中心点坐标，基于该坐标对利用最小二乘法计算仿...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄成龙，杨万能，段凌凤，叶军立，刘立豪，
申请(专利权)人：华中农业大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42