玉米種子純度數(shù)字圖像處理與識別技術(shù)的應用研究.pdf

1、當前是信息時代，對信息的獲得、加工、處理和應用等都有了飛躍發(fā)展。隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字圖像處理技術(shù)才得以迅速發(fā)展并形成了新的學科，幾十年以來，它已經(jīng)被廣泛用于航空、醫(yī)學等多個領(lǐng)域。今天，數(shù)字圖像處理與識別技術(shù)也已經(jīng)成為發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)不可缺少的組成部分，隨著計算機硬件成本的下降和CPU運算速度的提高以及圖像處理與識別技術(shù)本身的專業(yè)化發(fā)展，這項技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應用將越來越廣泛，也是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)信息化與自動化的重要技術(shù)力量。 種子純度

2、是種子質(zhì)量的重要指標之一，是評定種子等級的主要依據(jù)，對種子的銷售者和使用者來說更是非常重要。近年來，隨著新品種尤其是雜交種的廣泛應用，種子在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的地位日漸重要，隨之而來的是因為種子純度而引起的問題也日趨嚴重，每年僅玉米雜交種因純度問題造成的混雜就達1.5億噸。據(jù)測算，玉米雜交種純度每下降1％，每公頃約減少135kg籽粒產(chǎn)量，每年玉米種子純度盡管呈上升趨勢，但是仍然低而不穩(wěn)?，F(xiàn)有的種子純度檢測方法，包括形態(tài)學檢測法、生理生化法和分子

3、生物學法，雖然可以達到檢測純度的目的，但是他們都是通過人工檢測完成的，而且有的方法既需要花費大量的財力和物力，還浪費時間。尋找一種既可以快速檢測、又能實現(xiàn)準確檢測目的的方法對農(nóng)村、農(nóng)業(yè)、農(nóng)民來說是非常重要的，同時也是實現(xiàn)增產(chǎn)增收和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化所必需的。 本文在吉林省科技廳科研項目《種子純度與活力快速測定的人工智能圖像識別與處理系統(tǒng)》的研究基礎(chǔ)上，增加玉米種子品種，以掖單12、東農(nóng)248和478等18個玉米品種為研究對象，以計算機、

4、攝像機、圖像采集卡、電泳儀以及自制的光照室為實驗工具，綜合運用圖像處理技術(shù)、統(tǒng)計學數(shù)據(jù)分析理論和對比試驗理論，將數(shù)字圖像處理技術(shù)與玉米種子純度的生物學方法相結(jié)合，完善玉米種子純度檢測的數(shù)字圖像處理與識別系統(tǒng)。本研究分五大部分： (1)玉米種子純度檢測的生物學方法研究對本研究采用的玉米種子純度生物學方法進行分析，查閱大量書籍和資料，利用對比實驗方法，進而選取最適合的種子純度檢測的生物學方法，并通過其改進后的方法，提高電泳譜帶的清晰

5、度，利用此方法進行人工檢測，得出可靠的人工鑒定結(jié)果，并把該電泳Ⅰ譜帶作為計算機圖像處理的圖像來源。 (2)硬件系統(tǒng)的建立建立數(shù)字圖像處理硬件系統(tǒng)，為圖像的獲取創(chuàng)造良好的拍攝環(huán)境。 (3)圖像處理方法的運用改進了圖像處理方法，根據(jù)電泳譜帶圖像的特點，采用圖像的灰度轉(zhuǎn)換、圖像增強、圖像整體均衡、圖像分割及特征提取等圖像處理方法對圖像進行處理，最后對圖像進行識別。在對圖像進行識別時，首先要找到最佳匹配模板，然后采用模板匹配法進

6、行圖像的匹配。 (4)軟件系統(tǒng)的建立建立數(shù)字圖像處理的工作流程，利用VC++編寫軟件程序，建立數(shù)字圖像處理與識別軟件系統(tǒng)。 (5)系統(tǒng)可靠性研究利用對比試驗來驗證和修正圖像處理與識別系統(tǒng)。 一、玉米種子純度檢測的生物學方法研究對目前種子純度的檢測方法進行了細致分析，得知在玉米種子純度檢測的方法中，蛋白質(zhì)凝膠電泳法具有快速、準確、穩(wěn)定、經(jīng)濟、不受環(huán)境條件影響等特點，并對電泳檢測結(jié)果與田間試驗結(jié)果相對比，二者結(jié)果相近

7、，因此選取此方法作為種子純度檢測方法。利用改進后的國家試行的玉米蛋白凝膠電泳法反應體系進行化學實驗，其實驗得到的電泳圖譜圖像更清晰。 二、硬件系統(tǒng)的建立根據(jù)以上選取的玉米種子純度測定方法，設(shè)計了圖像處理與識別系統(tǒng)的硬件組成。由IBM-PⅢ微機、CCD行間變換攝像機、圖像采集卡和光照室組成圖像處理與識別硬件系統(tǒng)。 三、圖像處理方法的運用將人工檢測得到的電泳圖譜圖像進行圖像預處理，采用加權(quán)平均值法實現(xiàn)圖像的灰度轉(zhuǎn)換；利用圖像

8、的平滑去噪、中值濾波方法對圖像進行增強處理，并對圖像進行整體均衡；采用最小錯誤分割方法對圖像進行分割，實現(xiàn)特征提??；建立標準模板庫，采用全局樣板匹配法對圖像進行識別。 四、軟件系統(tǒng)的建立充分利用WINDOWS界面和VC++軟件的優(yōu)點編寫玉米種子純度圖像處理與識別系統(tǒng)程序，完善了玉米種子純度檢測數(shù)字圖像處理與識別軟件系統(tǒng)。 五、系統(tǒng)可靠性研究將計算機圖像識別的結(jié)果和人工檢測結(jié)果進行對比，驗證和修正圖像識別與處理系統(tǒng)。在種子

9、純度檢測中，圖像識別與處理系統(tǒng)檢測結(jié)果與人工檢測結(jié)果的準確度達到了95％以上。試驗中發(fā)現(xiàn)，攝像頭和數(shù)碼相機的光學失真以及種子品種本身的質(zhì)量問題對生成的電泳譜帶以及圖像識別的結(jié)果有很大影響。研究的主要結(jié)論為：對18個玉米品種，利用圖像處理與識別方法在計算機上進行種子純度的檢測在理論和實踐上是可行的。 本研究獲得的成果為：(1)根據(jù)現(xiàn)行的種子純度檢測方法，選擇蛋白凝膠電泳檢驗方法作為玉米種子純度的生物學檢驗方法，并利用國家試行的玉米

10、鹽溶蛋白PAGE凝膠電泳改進后的反應體系進行化學實驗，其實驗結(jié)果證明利用改進后的反應體系可以提高玉米種子純度檢測的速度和圖像清晰度，為計算機圖像處理提供了較好質(zhì)量的圖像數(shù)據(jù)。建立數(shù)字圖像處理硬件系統(tǒng)，為圖像的獲取創(chuàng)造良好的拍攝環(huán)境。 (2)改進了圖像處理方法，將表達純度的生物學特征(電泳譜帶)與圖像處理與識別技術(shù)相結(jié)合，對18個玉米品種的純度進行計算機檢測，對每個玉米品種分別采用50條玉米譜帶進行計算機識別，其檢測結(jié)果與人工檢測