[發明專利]一種荔枝種胚發育程度的圖像識別檢測方法及系統

有效

• 申請號: 202111172800.8
• 申請日: 2021-10-08
• 公開（公告）號: CN113935963B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 嚴倩;歐良喜;陳潔珍;姜永華;蔡長河;劉海倫;史發超
• 申請（專利權）人: 廣東省農業科學院果樹研究所
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/13;G06T5/00;G06T3/00
• 代理公司: 廣州專理知識產權代理事務所(普通合伙) 44493
• 代理人: 鄧易偲

1.一種荔枝種胚發育程度的圖像識別檢測方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

步驟1，使用工業線陣相機掃描荔枝種胚切面，獲得種胚彩色圖；

步驟2，對種胚彩色圖進行預處理，包括降噪，邊緣識別和灰度化，得到種胚灰度圖；

步驟3，識別種胚灰度圖獲得敗育系數；

步驟4，根據多個取樣周期的敗育系數判斷荔枝種胚敗育的關鍵時期；

其中，步驟2中，對種胚彩色圖進行預處理，包括降噪，灰度化，得到種胚灰度圖的子步驟為：對種胚彩色圖進行降噪，灰度化，得到種胚灰度圖；每個取樣周期的種胚灰度圖的數量為P；

步驟3中，識別種胚灰度圖獲得敗育系數的子步驟為：

初始化胚珠區域集合AZ，胚核區域集合AC，長度集合L，寬度集合W，設置i為初始值為1的變量，設置p為初始值1的變量；

根據數據庫里的標準胚芽圖像，獲得當前荔枝品種的胚珠區域的平均灰度值G1，當前荔枝品種的胚珠區域為人工在標準胚芽圖像上標注的ROI區域；標準胚芽圖像為歷年人工篩選的典型胚芽圖像；

步驟3.1，篩選第p個種胚灰度圖的中灰度值為[G1-c,G1+c]的區域，為胚珠區域AZ_i，所述胚珠區域為符合灰度值為[G1-c,G1+c]的圖像區域，如果有多個圖像區域符合上述灰度值范圍，取最大的一個區域作為胚珠區域AZ_i；

其中，c為胚珠區域灰度閾值；

如果胚珠區域的大小小于褐化閾值，則當前種胚在當前取樣階段不存在敗育現象，此時如果p＜P，將p的值增加1，重新開始步驟3.1，如果p＝P跳轉步驟3.4；

如果胚珠區域AZ_i的大小大于褐化閾值，跳轉步驟3.2；

步驟3.2，根據當前種胚灰度圖獲取當前胚核的寬度Wi和長度Li，具體為：

步驟3.2.1，以當前種胚灰度圖中種胚與背景的邊界為基準線，所述種胚與背景的邊界不包括種胚與當前種胚灰度圖邊緣重合點，基準線上的各個點依次向胚珠區域的幾何中心點構建線段，檢測各個線段上的第一突變點，由各個第一突變點到胚珠區域的幾何中心點的線段的集合構成胚核線段集合GL；

如果當前種胚灰度圖中的種胚與種胚灰度圖的其中一個邊緣或多個邊緣有重合，即種胚不完全被種胚灰度圖包含，跳轉步驟3.2.2；

否則跳轉步驟3.2.3；

其中檢測各個線段上的第一突變點的方法為：

以當前選定的基準線上的點為起始點，胚珠的幾何中心為終點，以起始點和終點構建線段，線段的點記為集合Gp；集合Gp中的點的灰度的最大值Gpmax，灰度的最小值Gpmin，計算突變閾值：

ΔG＝abs(abs(G1-Mean(Gp))-(Gpmax-Gpmin))；

Gp(j)為集合Gp第j個點，初始化變量j的值為1，j∈[1，N]，N為集合Gp的大小，abs()為取絕對值操作，以每次遍歷j值遞增1的順序依次遍歷集合Gp，如果abs(Gp(j)-Gp(j+1))≥ΔG則第j+1個點為第一突變點，如果沒有找到第一突變點或者j+1溢出則以當前起始點為第一突變點，其中，j+1溢出的意義為變量j的值大于N；

步驟3.2.2，以重合的邊緣的重合部分的線段作為重合邊緣，如果重合邊緣的兩個端點到胚珠區域的幾何中心點的距離不相等則取重合邊緣的兩個端點中距離到胚珠區域的幾何中心點的距離最大的端點作為邊緣起始點，如果重合邊緣的兩個端點到胚珠區域的幾何中心點的距離相等則以重合邊緣的任意一個端點作為邊緣起始點；

以邊緣起始點與胚珠區域的幾何中心點之間的線段作為線段E，如果線段E的長度大于或等于胚核線段集合GL中所有線段長度中的最大值，則以從邊緣起始點到胚珠區域的幾何中心點的方向作為第一方向，以胚核線段集合GL中所有線段長度中的最大值作為第一距離，以胚珠區域的幾何中心點為線段起點，以第一方向上從線段起點開始第一距離的點為線段終點，取線段起點到線段終點之間的線段為線段F，將線段F加入胚核線段集合GL；

如果線段E的長度小于胚核線段集合GL中所有線段長度中的最大值，而且線段E上的點中有第一突變點，則以線段E上第一突變點到胚珠區域的幾何中心點構成的線段加入胚核線段集合GL；

如果線段E的長度小于胚核線段集合GL中所有線段長度中的最大值，而且線段E上的點中沒有第二突變點，則以邊緣起始點與胚珠區域的幾何中心點構建線段加入胚核線段集合GL；

通過步驟3.2.2將所有重合邊緣構建胚核線段集合GL后跳轉步驟3.2.3；

其中，第二突變點的判斷方法為：

以當前種胚灰度圖中種胚與背景的邊界為基準線，所述種胚與背景的邊界不包括種胚與當前種胚灰度圖邊緣重合點；

以當前選定的基準線上的點為起始點，胚珠的幾何中心為終點，以起始點和終點構建線段，線段的點記為集合Hp；集合Hp中的點的灰度的最大值Gpmax，灰度的最小值Gpmin，計算突變閾值：

ΔG＝abs(abs(G1-Mean(Hp))-(Hpmax-Hpmin))；

Hp(k)為集合Hp第k個點，初始化變量k的值為1，j∈[1，K]，K為集合Hp的大小，abs()為取絕對值操作，以每次遍歷k值遞增1的順序依次遍歷集合Hp，如果abs(Hp(k)-Hp(k+1))≥ΔG則以第k+1個點為第二突變點，如果沒有找到第二突變點或者k+1溢出則以當前起始點為第二突變點，其中，k+1溢出的意義為變量k的值大于K；

步驟3.2.3，以胚核線段集合GL中長度最大的線段為核長線段，令核長線段的長度為L'，則令Li的長度為2L'，作邊緣起始點到核長線段的垂線為寬度基準線，取寬度基準線與核長線段的夾角為第一夾角；核長線段分別與胚核線段集合GL中各個線段的夾角構成GL夾角集合，計算第一夾角與GL夾角集合的各個夾角的角度差，取角度差最小的夾角所對應的胚核線段集合GL中的線段為長度基準線，長度基準線的長度為W',則令Wi的長度為2W',將Li和Wi分別加入長度集合L和寬度集合W；跳轉步驟3.3；

步驟3.3，從胚核線段集合GL中所有線段上的所有的端點中如果存在胚珠區域的幾何中心點則去除掉胚珠區域的幾何中心點從而得到篩選出的線段的端點，以各個篩選出的線段的端點作為胚核區域點集合；依次連接胚核區域點集合中的各個點構成的封閉區域作為胚核區域ACi；將胚核區域ACi加入胚核區域集合AC中，ACi表示集合AC中第i個胚核區域，將胚珠區域AZ_i加入胚珠區域集合AZ，AZ_i表示集合AZ中第i個胚珠區域，如果pP，令p的值增加1，令i的值增加1并跳轉步驟3.1；如果p＝P跳轉步驟3.4；

步驟3.4，如果胚珠區域集合AZ和胚核區域集合AC都為非空，計算敗育系數LC:

式中，LC為當前取樣周期荔枝種胚的敗育系數，a為序號變量，A2為第二面積和，A2的計算方法為選定胚核區域的面積和，取寬度集合W中寬度最大的寬度對應的種胚灰度圖的胚核區域為選定的胚核區域，A1為第一面積和，A1的計算方法為選定胚珠區域的面積和，取長度集合L中長度最大的長度對應的種胚灰度圖的胚珠區域為選定的胚珠區域，SACa為胚核區域集合AC中第a個元素的面積，即第a個胚核區域的面積，SAZ_a為胚珠區域集合AZ中第a個元素的面積，即第a個胚珠的面積，La為長度集合L中第a個元素的值，Wa為寬度集合W中第a個元素的值，函數exp()為以自然常數e為底的指數函數，i為當前的胚珠區域集合AZ的大小；輸出敗育系數。