种子萌发出土路径模型构建方法、装置、设备及存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种种子萌发出土路径模型构建方法、装置、设备及存储介质，所述方法包括：获取定时CT扫描的种子种植于土壤中的样品扫描数据，并得到断层扫描图像；对样品扫描数据进行处理，提取不同扫描时刻的种子三维模型；选取种子胚轴上方土壤层图像进行处理，得到多个立体网格土壤及其孔隙度数据，建立种子胚轴上方土壤层模型；将立体网格土壤孔隙度按大小划分多个等级，并在模型中对立体网格土壤进行相应的标记；将标记后的多个连续扫描时刻的种子胚轴上方土壤层模型叠加形成土壤模型，并导入种子三维模型，完成种子萌发出土路径模型的构建。本发明专利技术可以构建与种子真实生长情况相符的种子萌发出土路径模型，为种子出苗机理提供合理的研究手段。

【技术实现步骤摘要】
种子萌发出土路径模型构建方法、装置、设备及存储介质
本专利技术涉及一种种子萌发出土路径模型构建方法、装置、设备及存储介质，属于农业工程

技术介绍
种子的成功萌发和出土成苗是植物生命周期的起点，是种子生长为植物的重要阶段，决定着植物物种的繁衍与生存。植物的生长发育离不开土壤提供的环境与条件，种子萌发出土路径的选择也与周围土壤的孔隙分布情况密切相关。中国主要油料作物大豆、油菜和向日葵等都属于子叶出土类作物，然而目前尚无针对种子萌发出土路径规律的研究，自然状态下的土壤内部结构与种子出土轨迹难以实现连续性观测，种子萌发出土路径与土壤孔隙两者间的关系也尚无准确论断。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种种子萌发出土路径模型构建方法、装置、设备及存储介质，其应用CT扫描技术在不破坏土壤内部结构的条件下，获取原状土壤与种子结构图像，解决自然状态下的土壤内部结构与种子出土轨迹难以观测的问题；通过数字图像分析技术获取土壤孔隙度，以此构建与种子真实生长情况相符的种子萌发出土路径模型，为种子出苗机理提供合理的研究手段。本专利技术的第一个目的在于提供一种种子萌发出土路径模型构建方法。本专利技术的第二个目的在于提供一种种子萌发出土路径模型构建装置。本专利技术的第三个目的在于提供一种计算机设备。本专利技术的第四个目的在于提供一种存储介质。本专利技术的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：一种种子萌发出土路径模型构建方法，所述方法包括：获取定时CT扫描的种子种植于土壤中的样品扫描数据，并得到断层扫描图像；其中，所述CT扫描在幼苗破土后停止；对样品扫描数据进行处理，提取不同扫描时刻的种子三维模型并导出；选取断层扫描图像中的种子胚轴上方土壤层图像，对种子胚轴上方土壤层图像进行处理，得到多个立体网格土壤及其孔隙度数据，建立种子胚轴上方土壤层模型；将立体网格土壤孔隙度按大小划分多个土壤孔隙度等级；根据土壤孔隙度等级，在土壤层模型中对立体网格土壤进行相应的标记；将标记后的多个连续扫描时刻的种子胚轴上方土壤层模型叠加形成土壤模型，并导入种子三维模型，完成种子萌发出土路径模型的构建。进一步的，所述对种子胚轴上方土壤层图像进行处理，得到多个立体网格土壤及其孔隙度数据，具体包括：提取种子胚轴上方土壤层图像的土壤感兴趣区域；对土壤感兴趣区域进行网格化分割，得到多个网格图像，使多个网格图像进行叠加得到立体网格土壤；将网格图像转换为灰度图像；使用二值化阈值将灰度图像转换为二值图像；根据二值图像，计算得到每个网格图像的孔隙度大小；将属于同一立体网格土壤的所有网格图像的孔隙度大小进行叠加再取平均，得到该立体网格土壤的孔隙度数据。进一步的，所述二值化阈值的确定，具体包括：基于传统试验获取CT扫描前的土壤孔隙度准确数据；获取CT扫描的土壤图像；提取土壤图像中的感兴趣区域；将感兴趣区域的图像转换为灰度图像；采用初始阈值将灰度图像转换为二值图像；调整阈值大小，使利用二值图像计算所得的土壤孔隙度接近于土壤孔隙度准确数据，从而训练得到二值化阈值。进一步的，所述将立体网格土壤孔隙度按大小划分多个土壤孔隙度等级，具体包括：将区间为[0，0.3)的土壤孔隙度作为第一土壤孔隙度等级；将区间为[0.3，0.4)的土壤孔隙度作为第二土壤孔隙度等级；将区间为[0.4，0.5)的土壤孔隙度作为第三土壤孔隙度等级；将区间为[0.5，0.6)的土壤孔隙度作为第四土壤孔隙度等级；将区间为[0.6，0.7)的土壤孔隙度作为第五土壤孔隙度等级；将区间为[0.7，1)的土壤孔隙度作为第六土壤孔隙度等级。进一步的，所述根据土壤孔隙度等级，在土壤层模型中对立体网格土壤进行相应的标记中，标记的方式为着色，颜色越深表示土壤孔隙度等级越高，即土壤孔隙度越大，孔隙越多；颜色越浅表示土壤孔隙度等级越低，即土壤孔隙度越小，孔隙越少。进一步的，所述连续扫描时刻为四个，四个连续扫描时刻是指种子种植后的第84小时、第96小时、第108小时以及第120小时；所述将标记后的多个连续扫描时刻的种子胚轴上方土壤层模型叠加形成土壤模型，具体包括：将第84～96小时期间对应的种子胚轴上方土壤层模型作为土壤模型第一层；将第96～108小时期间对应的种子胚轴上方土壤层模型作为土壤模型第二层；将第108～120小时期间对应的种子胚轴上方土壤层模型作为土壤模型第三层；将第120～132小时期间对应的种子胚轴上方土壤层模型作为土壤模型第四层；将土壤模型第一层、土壤模型第二层、土壤模型第三层和土壤模型第四层自下而上进行叠加，得到土壤模型。进一步的，所述定时CT扫描是指：种子生长发育的前48小时每隔6小时进行一次CT扫描，48小时后每隔12小时进行一次CT扫描。本专利技术的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：一种种子萌发出土路径模型构建装置，所述装置包括：获取模块，用于获取定时CT扫描的种子种植于土壤中的样品扫描数据，并得到断层扫描图像；其中，所述CT扫描在幼苗破土后停止；提取模块，用于对样品扫描数据进行处理，提取不同扫描时刻的种子三维模型并导出；处理模块，用于选取断层扫描图像中的种子胚轴上方土壤层图像，对种子胚轴上方土壤层图像进行处理，得到多个立体网格土壤及其孔隙度数据，建立种子胚轴上方土壤层模型；划分模块，将立体网格土壤孔隙度按大小划分多个土壤孔隙度等级；标记模块，用于根据土壤孔隙度等级，在土壤层模型中对立体网格土壤进行相应的标记；构建模块，用于将标记后的多个连续扫描时刻的种子胚轴上方土壤层模型叠加形成土壤模型，并导入种子三维模型，完成种子萌发出土路径模型的构建。本专利技术的第三个目的可以通过采取如下技术方案达到：一种计算机设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行程序的存储器，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现上述的种子萌发出土路径模型构建方法。本专利技术的第四个目的可以通过采取如下技术方案达到：一种存储介质，存储有程序，所述程序被处理器执行时，实现上述的种子萌发出土路径模型构建方法。本专利技术相对于现有技术具有如下的有益效果：1、本专利技术应用CT扫描技术在不破坏土壤内部结构的条件下，定时获取原状土壤与萌发出苗期间种子的结构图像，解决自然状态下的土壤内部结构与种子出土轨迹难以观测的问题，在扫描间隔期间保证样品生长环境温湿度达到最佳以确保种子正常发育生长；通过数字图像分析技术获取土壤孔隙度，建立种子胚轴上方土壤层模型，叠加形成土壤模型，并导入种子三维模型，以此构建与种子真实生长情况相符的种子萌发出土路径模型，为种子出苗机理提供合理的研究手段。2、本专利技术在对样品进行CT扫描前用传统试验方法求得整体土壤的孔隙度准确数据，调整阈值大小使图像处理获本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种种子萌发出土路径模型构建方法，其特征在于，所述方法包括：/n获取定时CT扫描的种子种植于土壤中的样品扫描数据，并得到断层扫描图像；其中，所述CT扫描在幼苗破土后停止；/n对样品扫描数据进行处理，提取不同扫描时刻的种子三维模型并导出；/n选取断层扫描图像中的种子胚轴上方土壤层图像，对种子胚轴上方土壤层图像进行处理，得到多个立体网格土壤及其孔隙度数据，建立种子胚轴上方土壤层模型；/n将立体网格土壤孔隙度按大小划分多个土壤孔隙度等级；/n根据土壤孔隙度等级，在土壤层模型中对立体网格土壤进行相应的标记；/n将标记后的多个连续扫描时刻的种子胚轴上方土壤层模型叠加形成土壤模型，并导入种子三维模型，完成种子萌发出土路径模型的构建。/n

【技术特征摘要】
1.一种种子萌发出土路径模型构建方法，其特征在于，所述方法包括：
获取定时CT扫描的种子种植于土壤中的样品扫描数据，并得到断层扫描图像；其中，所述CT扫描在幼苗破土后停止；
对样品扫描数据进行处理，提取不同扫描时刻的种子三维模型并导出；
选取断层扫描图像中的种子胚轴上方土壤层图像，对种子胚轴上方土壤层图像进行处理，得到多个立体网格土壤及其孔隙度数据，建立种子胚轴上方土壤层模型；
将立体网格土壤孔隙度按大小划分多个土壤孔隙度等级；
根据土壤孔隙度等级，在土壤层模型中对立体网格土壤进行相应的标记；
将标记后的多个连续扫描时刻的种子胚轴上方土壤层模型叠加形成土壤模型，并导入种子三维模型，完成种子萌发出土路径模型的构建。


2.根据权利要求1所述的种子萌发出土路径模型构建方法，其特征在于，所述对种子胚轴上方土壤层图像进行处理，得到多个立体网格土壤及其孔隙度数据，具体包括：
提取种子胚轴上方土壤层图像的土壤感兴趣区域；
对土壤感兴趣区域进行网格化分割，得到多个网格图像，使多个网格图像进行叠加得到立体网格土壤；
将网格图像转换为灰度图像；
使用二值化阈值将灰度图像转换为二值图像；
根据二值图像，计算得到每个网格图像的孔隙度大小；
将属于同一立体网格土壤的所有网格图像的孔隙度大小进行叠加再取平均，得到该立体网格土壤的孔隙度数据。


3.根据权利要求2所述的种子萌发出土路径模型构建方法，其特征在于，所述二值化阈值的确定，具体包括：
基于传统试验获取CT扫描前的土壤孔隙度准确数据；
获取CT扫描的土壤图像；
提取土壤图像中的感兴趣区域；
将感兴趣区域的图像转换为灰度图像；
采用初始阈值将灰度图像转换为二值图像；
调整阈值大小，使利用二值图像计算所得的土壤孔隙度接近于土壤孔隙度准确数据，从而训练得到二值化阈值。


4.根据权利要求1-3任一项所述的种子萌发出土路径模型构建方法，其特征在于，所述将立体网格土壤孔隙度按大小划分多个土壤孔隙度等级，具体包括：
将区间为[0，0.3)的土壤孔隙度作为第一土壤孔隙度等级；
将区间为[0.3，0.4)的土壤孔隙度作为第二土壤孔隙度等级；
将区间为[0.4，0.5)的土壤孔隙度作为第三土壤孔隙度等级；
将区间为[0.5，0.6)的土壤孔隙度作为第四土壤孔隙度等级；
将区间为[0.6，0.7)的土壤孔隙度作为第五土壤孔隙度等级；
将区间为[0.7，1)的土壤孔隙度作为第六土壤孔隙度等级。


5.根据权利要求1-3任一项所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐龙，袁梓浩，马旭，杨秀丽，龚浩，唐震宇，刘闯，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44