一种基于显微图像的禾本科植物叶片气孔指数测量方法技术

本发明专利技术涉及计算机视觉和深度学习技术领域，提供一种基于显微图像的禾本科植物叶片气孔指数测量方法，包括：步骤1：采集待测量禾本科植物叶片的显微图像；步骤2：基于深度学习目标检测算法，构建并训练气孔识别模型；步骤3：基于深度学习语义分割算法，构建并训练细胞网络预测模型；步骤4：利用气孔识别模型，得到气孔总数；利用细胞网络预测模型，得到细胞网络预测图像；对细胞网络预测图像依次进行自适应阈值二值化处理、骨架提取、先腐蚀再膨胀的形态学操作、连通域计数、过滤连通域，得到细胞数目；计算气孔指数。本发明专利技术能够提高气孔指数测量的精度与效率，有效解决现有技术中存在的费时费力、主观性导致对气孔和细胞误判的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于显微图像的禾本科植物叶片气孔指数测量方法
本专利技术涉及计算机视觉和深度学习
，特别是涉及一种基于显微图像的禾本科植物叶片气孔指数测量方法。
技术介绍
植物的气孔是蒸腾过程中水蒸气从体内排到体外的主要出口，也是光合作用和呼吸作用与外界气体交换的通道，从而影响着蒸腾、光合、呼吸等作用过程，所以气孔指数的测量对于研究植物的生长具有一定的实践意义。气孔指数是指单位面积内气孔数量占表皮细胞和气孔总数的比例，要得到气孔指数需要计算出气孔数量和细胞数量，但是目前大部分研究还是处于人工计数阶段，虽然有较高准确率，但是具有主观因素，由于观察者专业水平的不一致，有可能对气孔和细胞误判，还比较费时费力。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种基于显微图像的禾本科植物叶片气孔指数测量方法，能够提高气孔指数测量的精度与效率，有效解决现有人工计数方法中存在的费时费力、主观性导致对气孔和细胞误判的技术问题。本专利技术的技术方案为：一种基于显微图像的禾本科植物叶片气孔指数测量方法，其特征在于，包括下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于显微图像的禾本科植物叶片气孔指数测量方法，其特征在于，包括下述步骤：/n步骤1：采集待测量禾本科植物叶片的显微图像/n步骤2：构建并训练气孔识别模型/n以禾本科植物叶片的显微图像为输入、显微图像中所有气孔的位置与尺寸信息为输出，基于深度学习目标检测算法，构建并训练气孔识别模型；所述气孔的位置与尺寸信息包括气孔的最小外包矩形的左上角坐标(x,y)、长w、宽h；/n步骤3：构建并训练细胞网络预测模型/n以禾本科植物叶片的数据增强后的显微图像为输入、禾本科植物叶片表皮的细胞网络图像为输出，基于深度学习语义分割算法，构建并训练细胞网络预测模型；所述数据增强后的显微图像为对归一化处理后的显微...

【技术特征摘要】
1.一种基于显微图像的禾本科植物叶片气孔指数测量方法，其特征在于，包括下述步骤：
步骤1：采集待测量禾本科植物叶片的显微图像
步骤2：构建并训练气孔识别模型
以禾本科植物叶片的显微图像为输入、显微图像中所有气孔的位置与尺寸信息为输出，基于深度学习目标检测算法，构建并训练气孔识别模型；所述气孔的位置与尺寸信息包括气孔的最小外包矩形的左上角坐标(x,y)、长w、宽h；
步骤3：构建并训练细胞网络预测模型
以禾本科植物叶片的数据增强后的显微图像为输入、禾本科植物叶片表皮的细胞网络图像为输出，基于深度学习语义分割算法，构建并训练细胞网络预测模型；所述数据增强后的显微图像为对归一化处理后的显微图像进行数据增强处理得到的图像，所述数据增强处理包括随机旋转、裁剪、翻转操作；
步骤4：计算禾本科植物叶片气孔指数
步骤4.1：将待测量禾本科植物叶片的显微图像输入训练后的气孔识别模型中，输出待测量禾本科植物叶片的显微图像中所有气孔的位置与尺寸信息，并对识别出的气孔进行计数，得到待测量禾本科植物叶片的显微图像中气孔的总数Nstoma；
步骤4.2：对待测量禾本科植物叶片的显微图像进行归一化处理后，将待测量禾本科植物叶片的归一化处理后的显微图像输入训练后的细胞网络预测模型中，得到待测量禾本科植物叶片表皮的细胞网络预测图像；
步骤4.3：利用灰度直方图原理对细胞网络预测图像进行自适应阈值二值化处理，得到待测量禾本科植物叶片的二值图像；
步骤4.4：对二值图像进行骨架提取得到细胞壁的初始骨架图像，通过对初始骨架图像进行先腐蚀再膨胀的形态学操作将细胞壁的边缘断开处连接起来，得到连接后的细胞网络图像；
步骤4.5：对连接后的细胞网络图像进行连通域计数，得到连通域个数；
步骤4.6：过滤掉连接后的细胞网络图像中像素个数小于所在图像所有连通域平均像素数量1/4的连通域，剩下的连通域用矩形框标记，得到矩形框的个数即为细胞数目Ncell；
步骤4.7：计算待测量禾本科植物叶片的气孔指数为





2.根据权利要求1所述的基于显微图像的禾本科植物叶片气孔指数测量方法，其特征在于，所述步骤1包括下述步骤：
步骤1.1：用剪刀剪下成熟的禾本科植物叶片，对禾本科植物叶片用清水冲洗并用吸水纸干燥；
步骤1.2：将透明塑料胶带胶面朝上平放，将禾本科植物叶片的近端或远端粘在透明塑料胶带上；
步骤1.3：裁剪禾本科植物叶片以制作玻片标本；
步骤1.4：调节显微镜配合照相机对玻片标本中的禾本科植物叶片表皮进行拍照，得到禾本科植物叶片的显微图像。


3.根据权利要求1所述的基于显微图像的禾本科植物叶片气孔指数测量方法，其特征在于，所述步骤2包括下述步骤：
步骤2.1：获取样本集
按照与步骤1中相同的方法，获取多张显微图像，构成显微图像集A0；对每张显微图像中每个气孔标注最小外包矩形并获取每个气孔的位置与尺寸信息；以每张显微图像、每张显微图像中所有气孔的位置与尺寸信息为一个样本，构建样本集A；
步骤2.2：划分样本集
将样本集A中的样本按照a1:a2:a3的比例分为训练样本集A1、验证...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁晓辉，李东野，朱传承，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42