本發(fā)明涉及圖像識別技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于X射線數(shù)字圖像的種子分類識別方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

種子活力是種子發(fā)芽和出苗率、幼苗生長的潛勢、植株抗逆能力和生產(chǎn)潛力的總和，是種子品質(zhì)的重要指標(biāo)。選取活力旺盛的種子成為農(nóng)、林業(yè)發(fā)展的重要一環(huán)，合理地選取和精確地應(yīng)用間接地推動了整個農(nóng)、林業(yè)及其衍生行業(yè)的發(fā)展。

目前，選取活力旺盛種子的方法逐漸從傳統(tǒng)常規(guī)方法向著數(shù)字成像等快速、無損的方向發(fā)展。分析種子活力的X射線檢驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，從照片測出的種胚長、胚乳寬和發(fā)芽能力與種子活力均有顯著的相關(guān)性，根據(jù)種子內(nèi)部的胚長、胚乳寬等結(jié)構(gòu)進(jìn)行分選的種子用于移栽的成活概率將會提高。

現(xiàn)有采用X射線圖像的選取活力旺盛的種子，根據(jù)種子內(nèi)部自由空腔的面積進(jìn)行分析，通常把焦點集中在內(nèi)部空腔面積，而忽視了種子自身大小，造成識別種子活力準(zhǔn)確率低的問題

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于X射線數(shù)字圖像的種子分類識別方法及系統(tǒng)，通過種子大小與種子內(nèi)部空腔在圖像中占種子面積的比例識別種子活力，實現(xiàn)了快速準(zhǔn)確識別種子活力。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

一方面，本發(fā)明提供了一種基于X射線數(shù)字圖像的種子分類識別方法，方法包括如下步驟：

獲取待識別種子的X射線數(shù)字圖像；

對所述X射線數(shù)字圖像進(jìn)行濾波、去噪和平場處理，得到所述X射線數(shù)字圖像的二值圖像；

采集所述二值圖像中待識別種子的面積S₁及待識別種子內(nèi)部空腔的面積S₂；

根據(jù)種子的面積S₁和內(nèi)部空腔的面積S₂計算種子面積以及種子內(nèi)部空腔面積百分比r的平均值、方差和標(biāo)準(zhǔn)差；

根據(jù)種子面積、種子內(nèi)部空腔面積百分比r的平均值、方差和標(biāo)準(zhǔn)差對待識別的種子進(jìn)行分類識別。

進(jìn)一步的，所述種子的面積為處理后的X射線圖像中種子輪廓內(nèi)部的總像素數(shù)；所述內(nèi)部空腔的面積為處理后的X射線圖像中空腔廓內(nèi)部的總像素數(shù)。

進(jìn)一步的，所述種子內(nèi)部空腔面積百分比為胚和胚乳之間形成的內(nèi)部空腔占種子面積的百分比，采用下式計算：

其中，S₁為二值圖像中種子的面積，S₂為二值圖像中種子內(nèi)部空腔的面積。

進(jìn)一步的，所述根據(jù)種子面積、種子內(nèi)部空腔面積百分比r的平均值、方差和標(biāo)準(zhǔn)差對待識別的種子進(jìn)行分類識別的步驟，具體包括如下步驟：

根據(jù)種子內(nèi)部空腔面積百分比r的平均值和方差對待識別的種子進(jìn)行分組；

根據(jù)種子面積的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差對上述分類的種子進(jìn)行分類。

進(jìn)一步的，所述根據(jù)種子內(nèi)部空腔面積百分比r的平均值和方法對待識別的種子進(jìn)行分組的步驟，包括：

種子內(nèi)部空腔面積百分比小于平均值與方差之間的差值的種子，為第三組種子；

種子內(nèi)部空腔面積百分比大于平均值的種子，為第一組種子；

上述兩種情況之外的種子，為第二組種子。

進(jìn)一步的，所述根據(jù)種子面積的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差對上述分類的種子進(jìn)行分類的步驟，包括：

種子面積大于種子面積的平均值的種子為第一類；

種子面積小于種子面積的平均值與兩倍標(biāo)準(zhǔn)差的差值的種子為第三類；

上述兩種情況之外的種子為第二類。

另一方面，本發(fā)明提供了一種基于X射線數(shù)字圖像的種子分類識別系統(tǒng)，包括：處理器、控制器和圖像生成器；

所述處理器分別與所述控制器和圖像生成器相連接，所述控制器與所述圖像生成器相連接；

所述圖像生成器包括：與控制器相連接的X射線源以及與處理器相連接的接收器；

所述X射線源的一側(cè)設(shè)有升降架，所述X射線源的上面設(shè)有載物臺，所述載物臺安裝在升降架上并隨升降架上下移動；

所述接收器通過支架設(shè)置在所述載物臺的上面。

進(jìn)一步的，所述接收器包括：獲取X射線圖像的射線相機以及與射線相機相連接，用于傳輸獲取的X射線圖像的傳輸裝置。

進(jìn)一步的，所述系統(tǒng)還包括：

用于隔離X射線的防護罩，所述防護罩內(nèi)設(shè)有射線相機、載物臺和X射線源。

進(jìn)一步的，所述載物臺為聚氯乙烯板或鋁箔紙。

由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明提供的一種基于X射線數(shù)字圖像的種子分類識別方法及系統(tǒng)，通過胚和胚乳之間形成的內(nèi)部空腔占種子面積比例及種子的大小判斷識別種子活力并分類，提高了種子活力的識別準(zhǔn)確性，根據(jù)X射線圖像的自動判別方式，提高了識別活力旺盛種子的速度。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明的一種基于X射線數(shù)字圖像的種子分類識別方法的流程示意圖；

圖2是本發(fā)明的分類識別方法步驟S105中分類的流程示意圖；

圖3是本發(fā)明的分類識別方法步驟S105中分組的流程示意圖；

圖4是本發(fā)明的一種基于X射線數(shù)字圖像的種子分類識別系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明的分類識別系統(tǒng)中圖像生成器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明的種子X射線數(shù)字圖像；

圖7是本發(fā)明的種子面積的提取圖像；

圖8是本發(fā)明的內(nèi)部空腔提取圖像。

其中，1-接收器，2-X射線源，3-升降架，4-載物臺，5-支架。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

目前，選取活力旺盛的種子是發(fā)展農(nóng)、林業(yè)的重要一環(huán)，選取活力旺盛種子的方法逐漸從傳統(tǒng)常規(guī)方法向著數(shù)字成像等快速、無損的方向發(fā)展。現(xiàn)有采用X射線圖像的選取活力旺盛的種子，根據(jù)種子內(nèi)部自由空腔的面積進(jìn)行分析，通常把焦點集中在內(nèi)部空腔面積，而忽視了種子自身大小，造成種子活力識別準(zhǔn)確率低的問題。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于X射線數(shù)字圖像的種子分類識別方法及系統(tǒng)。

本發(fā)明實施例一提供一種基于X射線數(shù)字圖像的種子分類識別方法，參見圖1，該方法具體包括如下步驟：

S101：獲取待識別種子的X射線數(shù)字圖像；

在本步驟中，采用X射線源照射待識別的種子，通過射線相機拍照，獲取X射線數(shù)字圖像。

S102：對所述X射線數(shù)字圖像進(jìn)行濾波、去噪和平場處理，得到所述X射線數(shù)字圖像的二值圖像；

在本步驟中，由于X射線數(shù)字圖像分辨率很高，灰階值為16bit，普通顯示器無法直接顯示，為了能夠在普通顯示器上顯示這種高精圖像，通過開窗技術(shù)可以完成圖像灰度級的壓縮，將高精圖像的灰度范圍壓縮到256級，并對壓縮后的圖像進(jìn)行濾波、去噪和平場處理。

S103：采集所述二值圖像中待識別種子的面積S₁及待識別種子內(nèi)部空腔的面積S₂；

在本步驟中，經(jīng)步驟S102對圖像進(jìn)行處理，提取處理后圖像中的種子特征，統(tǒng)計種子的輪廓內(nèi)部總像素數(shù)作為種子的面積，種子內(nèi)部空腔的總像素數(shù)作為種子內(nèi)部空腔的面積。

S104：根據(jù)種子的面積S₁和內(nèi)部空腔的面積S₂計算種子面積以及種子內(nèi)部空腔面積百分比r的平均值、方差和標(biāo)準(zhǔn)差；

在本步驟中，種子面積百分比為胚和胚乳共同占種子面積的百分比值，采用公式進(jìn)行計算，其中，S₁為二值圖像中種子的面積，S₂為二值圖像中種子內(nèi)部空腔的面積。

S105：根據(jù)種子面積、種子內(nèi)部空腔面積百分比r的平均值、方差和標(biāo)準(zhǔn)差對待識別的種子進(jìn)行分類識別。

在本步驟中，采用步驟S104中的計算結(jié)果，根據(jù)種子內(nèi)部空腔面積百分的平均值和方法對待識別的種子劃分為三組，

根據(jù)種子面積的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差對分類的種子分為三類。

從上述描述可知，本發(fā)明提供的一種基于X射線數(shù)字圖像的種子分類識別方法，通過胚和胚乳之間空腔面積占種子面積比例以及種子的大小判斷識別種子活力并分類，提高了種子活力的識別準(zhǔn)確性。

本發(fā)明實施例二給出上述步驟S105中劃分類別的具體實現(xiàn)方式，參見圖2，具體實現(xiàn)步驟如下：

S201：種子內(nèi)部空腔面積百分比小于平均值與方差之間的差值的種子，為第三組種子；

S202：種子內(nèi)部空腔面積百分比大于平均值的種子，為第一組種子；

S203：除步驟S201和步驟S202兩種情況之外的種子，為第二組種子。

本發(fā)明實施例三給出上述步驟S105中劃分類別的具體實現(xiàn)方式，參見圖3，具體實現(xiàn)步驟如下：

S301：種子面積大于種子面積的平均值的種子為第一類；

S302：種子面積小于種子面積的平均值與兩倍標(biāo)準(zhǔn)差的差值的種子為第三類；

S303：除步驟S301和步驟S302兩種情況之外的種子為第二類。

本發(fā)明實施例四提供一種基于X射線數(shù)字圖像的種子分類識別系統(tǒng)，參見圖4，該系統(tǒng)具體包括：處理器、控制器和圖像生成器；

所述處理器分別與所述控制器和圖像生成器相連接，所述控制器與所述圖像生成器相連接；

參見圖5，所述圖像生成器包括：與控制器相連接的X射線源以及與處理器相連接的接收器；

所述X射線源的一側(cè)設(shè)有升降架，所述X射線源的上面設(shè)有載物臺，所述載物臺安裝在升降架上并隨升降架上下移動；

所述升降架具有調(diào)節(jié)載物臺與接收器之間距離的功能，通過改變間距能獲取不同的視場大小，根據(jù)實際的視場需求選擇合適的間距。

所述接收器通過支架設(shè)置在所述載物臺的上面。

所述處理器優(yōu)選為計算機。

進(jìn)一步的，所述接收器包括：獲取X射線圖像的射線相機以及與射線相機相連接，用于傳輸獲取的X射線圖像的傳輸裝置。

進(jìn)一步的，所述系統(tǒng)還包括：

用于隔離X射線的防護罩，所述防護罩內(nèi)設(shè)有射線相機、載物臺和X射線源。

進(jìn)一步的，所述載物臺為聚氯乙烯板或鋁箔紙。

由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明提供的一種基于X射線數(shù)字圖像的種子分類識別系統(tǒng)，根據(jù)X射線圖像的自動判別方式，提高了識別種子活力的速度。并且該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、操作方便。

本發(fā)明以采用X射線數(shù)字圖像分析種子內(nèi)部構(gòu)造識別番茄種子為例進(jìn)行說明。種子樣品為番茄種子，品種為金迪。多粒檢測，共有200粒種子，分10組進(jìn)行。

番茄種子較小，為了獲得種子的內(nèi)部構(gòu)造的清晰圖像，番茄種子需要進(jìn)行預(yù)處理-催芽，未進(jìn)行催芽的種子不易形成清晰的內(nèi)部空腔，同時催芽的程度影響種子內(nèi)部構(gòu)造。為了定性無損的通過種子內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行活力判定，需要嚴(yán)格、統(tǒng)一的控制催芽條件。若催芽時間過長會造成種子內(nèi)部由胚和胚乳形成的自由空腔過大，不能正確的反映的種子的活力。若催芽時間過短，種子將無法形成清晰的自由空腔結(jié)構(gòu)，無法進(jìn)行種子活力的判定。

識別系統(tǒng)相機選用數(shù)字射線相機(型號pxs11)，分辨率4008×2670，X射線源發(fā)射點與相機接受平面的距離為110mm,X射線源(型號vhr11)與控制器連接，通過控制器控制X射線源射線管的電壓、電流，射線管電壓15.4kV,管電流12.6uA，載物板采用鋁箔紙，距射線源的距離為52mm。射線源使用時經(jīng)過25分鐘預(yù)熱，使其能產(chǎn)生穩(wěn)定的射線，設(shè)定曝光時間設(shè)置為1s。處理器為計算機，射線源、射線相機、載物臺均安裝在防護罩內(nèi)，射線相機獲取X射線數(shù)字圖像后傳回計算機，傳回的圖像利用種子特征提取軟件進(jìn)行處理。由于X射線圖像分辨率很高，灰階值為16bit，普通顯示器無法直接顯示，為了能夠在普通顯示器上顯示這種高精圖像，通過開窗技術(shù)可以完成圖像灰度級的壓縮，將圖像的灰度范圍壓縮到256級。圖6為番茄種子的X射線數(shù)字圖像。

對圖像進(jìn)行濾波、去噪和平場處理，統(tǒng)計正常種子的輪廓內(nèi)部總像素數(shù)作為種子的面積，種子面積的提取和內(nèi)部空腔提取的結(jié)果如圖7、8所示，統(tǒng)計十組種子的面積、種子內(nèi)部空腔面積及兩者之間的比例。計算出每組番茄種子面積、胚和胚乳之間內(nèi)部空腔所占種子面積百分比的均值，及每組數(shù)據(jù)的內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)差。根據(jù)這個結(jié)果將種子劃分為3類，如表1所示。本發(fā)明比較了僅通過胚和胚乳占種子面積比例判斷種子活力和考慮種子大小情況下通過胚和胚乳占種子面積比例判斷種子活力識別準(zhǔn)確率，識別準(zhǔn)確率如表2所示(其中V1、V2、V3為分類結(jié)果)，活力的識別準(zhǔn)確率通過種子發(fā)芽試驗進(jìn)行判定。

表1種子分類結(jié)果

表2兩種分類方法的識別準(zhǔn)確率

從上述描述可知，在圖像采集中采用數(shù)字成像技術(shù)，使獲得的X射線數(shù)字圖像能夠進(jìn)行計算機圖像處理，以定性的進(jìn)行活力特征分析；將種子自身大小信息與種子內(nèi)部空腔占種子面積比例信息結(jié)合在一起進(jìn)行種子活力判定，準(zhǔn)確率較高；識別系統(tǒng)具有快速、無損檢測的特點，結(jié)構(gòu)簡單、操作方便。

以上實施例僅用于說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。