[發明專利]一種植物胚表面積測量裝置及方法

在審

• 申請號: 201910692905.2
• 申請日: 2019-07-30
• 公開（公告）號: CN110345886A
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發明（設計）人: 孫鑫;蘆盼盼;董軍宇
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: G01B11/28
• 分類號: G01B11/28;G06T7/136;G06T7/62
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種植物胚表面積測量裝置及方法，該植物胚表面積測量裝置包括LED燈組、CCD相機、觀測面板和正方體機箱，正方體機箱內部附有漫反射材料并提供遮光的測量環境，CCD相機固定在機箱正上方，LED燈組發出的光線均勻的照射在被測植物胚表面，所述觀測面板位于CCD相機正下方。測量時，利用基于閾值的圖像分割方法，從CCD相機拍攝的圖像中分割出植物胚和背景，采用基于深度學習的分割模型分割出植物胚的胚芽、胚軸和胚根；表面積測量模塊實現植物胚表面積的計算。本發明所描述的方法適用于植物胚等不規則形狀物體的表面積測量，操作簡單，是一種基于機器視覺的表面積測量解決方案。

技術領域

本發明涉及一種表面積測量技術，具體說是一種植物胚表面積的測量裝置及方法，屬于機器視覺技術領域。

背景技術

植物胚為種子植物種子的重要組成部分，測量植物胚（包含胚芽，胚軸，胚根）的表面積，進而獲取各個部位的生長情況，對生物體的成長具有重要的指導意義。目前，針對植物胚表面積的測量可以借鑒的方法是一些測量葉子表面積的方法，有網格法、稱紙重法、打孔稱重法以及建立回歸方程等，上述方法流程復雜且誤差較大，對測量裝置的精度要求較高，存在諸多弊端。機器視覺技術能夠較好地分割物體，一種基于機器視覺的測量方法具有操作簡單且精度高的特點，然而目前缺乏針對植物胚進行表面積測量的裝置及方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于測量植物胚表面積的裝置及方法，該裝置及方法可以方便地獲取植物胚的表面積，降低操作復雜程度，同時得到準確的測量數據。

為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供一種植物胚表面積測量裝置，包括LED燈組、CCD相機、觀測面板和正方體機箱，所述LED燈組分布在正方體機箱的內角和支架處，所述CCD相機固定在機箱正上方，所述正方體機箱內部附有漫反射材料，使LED燈組發出的光線均勻的照射在被測植物胚表面，所述觀測面板位于CCD相機正下方。

進一步地，所述植物胚表面積測量裝置利用所述正方體機箱提供一個遮光的測量環境，所述CCD相機與所述觀測面板位置固定，初次使用需要進行校準操作，獲取所述實際觀測平面的表面積S，以及獲得所述實際觀測平面在所述CCD相機拍攝圖像中的像素數P。

優選地，所述LED燈所發射的光線均勻地照射到所述觀測面板，所述觀測面板為黑色的漫反射材質，使被測植物胚與背景形成鮮明對比度。

為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供一種植物胚表面積測量方法，所述方法利用基于閾值的圖像分割方法分割出整株植物胚；其中，所述基于閾值的圖像分割方法中閾值的選擇采用直方圖雙峰法，具體地是先將圖像轉化成灰度圖像，灰度圖像的灰度直方圖是呈現雙峰分布的，一個峰值代表著背景，一個峰值代表植物胚，選擇雙峰之間的谷值作為閾值，閾值設置的最佳范圍是[80,100]，低于閾值的像素判定為背景，高于閾值的像素判定為植物胚，進而計算植物胚在圖像中的像素數P_x。

進一步地，在從背景中分割出植物胚的基礎上，利用基于深度學習的分割模型來分割植物胚的各個部位：胚芽、胚軸和胚根，并分別計算胚芽，胚軸和胚根在圖像中所占像素數P_a、P_b和P_c，其中，所述基于深度學習的分割模型預先根據標識了植物胚各個部位的植物胚圖像數據集對深度神經網絡進行訓練獲得。

優選地，所述基于深度學習的分割模型，采用的是語義分割模型來進行圖像分割，以準確地識別出每株植物胚相應的各個部位：胚芽，胚軸和胚根；所述語義分割模型可以是全卷積深度神經網絡，尤其可以使用預訓練好的網絡模型，通過所述植物胚圖像數據集對網絡進行微調，使得全卷積深度神經網絡學習到植物胚各個部分的表征，用于對整株植物胚的分割。