[發明專利]盆栽水稻表型參數的全自動無損測量系統及測量方法

無效

• 申請號: 201210006924.3
• 申請日: 2012-01-11
• 公開（公告）號: CN102589441A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 劉謙;駱清銘;楊萬能;段凌鳳;黃成龍;方偉;蔣霓;馮慧
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02;G01N21/84;G01N23/04
• 代理公司: 北京市德權律師事務所 11302
• 代理人: 周發軍

1.一種盆栽水稻表型參數的全自動無損測量系統，其特征在于，包括X射線源、X射線探測器、頂視相機、側視相機、光源、輸入端接近開關、檢測區對射式光電開關、檢測區接近開關，旋轉臺、盆栽水稻小車、輸入端電動門、輸出端電動門、輸入端輸送線、檢測區輸送線、輸出端輸送線、鉛房、可編程控制器和工作站；

所述X射線源與所述X射線探測器分別安裝于檢測區輸送線的兩側，所述頂視相機固定在所述鉛房頂部，所述測試相機固定安裝于檢測區輸送線一側，所述旋轉臺安裝在檢測區輸送線上，所述輸入端電動門和輸出端電動門安裝在鉛房兩側，所述工作站分別與X射線探測器、頂視相機、側視相機和可編程控制器相連，所述可編程控制器分別與X射線源、光源、輸入端接近開關、檢測區對射式光電開關、檢測區接近開關、旋轉臺、輸入端電動門、輸出端電動門、輸入端輸送線、檢測區輸送線、和輸出端輸送線相連；所述盆栽水稻小車用于固定盆栽水稻使其在輸入端輸送線、檢測區輸送線、輸出端輸送線上運行平穩，所述光源用于為成像提供充足的照明。

2.根據權利要求1所述的盆栽水稻表型參數的全自動無損測量系統，其特征在于，所述檢測區輸送線上還安裝升降臺，所述旋轉臺安裝在升降臺上，所述升降臺用于將盆栽水稻和電動旋轉臺頂升至上位，便于所述X射線源、側視相機的掃描、拍攝，所述可編程控制器相連所述升降臺。

3.根據權利要求1所述盆栽水稻表型參數的全自動無損測量系統的測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟i、打開工作站和可編程控制器；

步驟ii、所述輸入端輸送線輸送帶小車的盆栽水稻，所述輸入端接近開關檢測到小車，所述輸入端電動門打開；

步驟iii、盆栽水稻通過所述輸入端電動門，經檢測區輸送線輸送，所述檢測區對射式光電開關檢測到水稻花盆，檢測區接近開關感應到小車，所述輸入端電動門關閉，所述輸入端輸送線停止，所述檢測區輸送線停止，所述小車落在所述旋轉臺上；

步驟iv、所述旋轉臺帶動盆栽水稻旋轉，同時，頂視相機拍攝盆栽水稻的頂視圖片，側視相機每隔一定角度拍一張圖片，得到若干張側視圖像；X射線成像系統對水稻進行斷層掃描，每隔一定角度獲取該方向的投影值，共得到若干個方向的投影正弦圖；

步驟v、拍攝完之后，所述旋轉臺停止旋轉，所述輸出端電動門打開，所述輸入端輸送線和所述檢測區輸送線啟動送走盆栽水稻并將下一盆水稻植株送到檢測區，延時一段時間后所述輸出端電動門關閉；

步驟vi、所述工作站接收到數據，進行數字圖像處理和分析后，得到水稻的表型參數包括株高、分蘗和生物量。

4.根據權利要求3所述盆栽水稻表型參數的全自動無損測量系統的測量方法，其特征在于，所述步驟iv中，在旋轉臺開始旋轉之前，由升降臺頂升盆栽水稻至上位；所述步驟iv中，所述旋轉臺停止旋轉后，所述升降臺下降。

5.根據權利要求3或4所述盆栽水稻表型參數的全自動無損測量系統的測量方法，其特征在于，所述步驟iv的數字圖像處理和分析株高，包括以下步驟：(5-a)中值濾波：將植株圖像進行中值濾波去除噪聲；(5-b)二值化：將中值濾波后的圖像轉化為二值圖，這一步驟將綠色部分提取出來，判斷條件是RG兩色分量的相對大小，R偏大為黃色，G偏大為綠色；(5-c)去除小區域：設定面積閾值，去掉連通區域面積在閾值以下的小區域；(5-d)搜索葉尖點：對二值圖進行逐像素掃描，按一定的準則搜索所有葉尖點；(5-e)提取輪廓：為每一個葉尖點搜索輪廓，從其附近的背景點開始搜索輪廓，直到找不到下一個輪廓點為止；(5-f)計算葉尖點高度：從葉尖點開始搜索葉片外圍輪廓，計算每個葉尖點高度，將所有葉尖點高度中的最大值作為該角度下的水稻株高值。(5-g)比較所有角度下得到的水稻株高值，取最大值作為當前水稻的株高。

6.根據權利要求3或4所述盆栽水稻表型參數的全自動無損測量系統的測量方法，其特征在于，所述步驟iv的數字圖像處理和分析生物量，包括以下步驟：(6-a)目標物體分割；(5-b)面積統計：對經過上述處理后的圖像，進行面積統計，得到植株一個角度下的投影面積；(5-c)對所有頂視圖像和側視圖像進行分割后，采用側視平均綠葉像素面積和頂視綠葉像素面積雙變量的二元回歸法計算生物量像素值，即ln(FW)＝aln(PV)+b，PV：植株體積，FW：植株鮮重，即文中的生物量。

7.根據權利要求3或4所述盆栽水稻表型參數的全自動無損測量系統的測量方法，其特征在于，所述步驟iv的數字圖像處理和分析分蘗數，包括以下步驟：(7-a)卷積濾波逆投影，將得到的各個方向的投影正弦圖，以投影正弦圖為起點，直接在空域中進行修正，即將投影正弦圖與一個事先設計好的卷積函數進行卷積運算，然后將卷積結果作反投影，得到分蘗斷層重建圖；(7-b)中值濾波：對重建出的圖像進行中值濾波去除噪聲；(7-c)最大熵自動閾值二值化：將中值濾波后的圖像轉化為二值圖；(7-d)腐蝕：將粘連在一起的區域分開；(7-e)填充：填充區域內的小孔；(7-f)去除小區域：設定面積閾值，去掉聯通區域面積在閾值以下的小區域；(7-g)區域計數：對經過上述處理后的圖像，進行連通區域的計數，最終得到分蘗數。