基于穗粒分布圖的玉米果穗表型性狀參數(shù)計(jì)算方法.pdf

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1、第32卷第13期1682016年7月農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringV01．32No．13Jul．2016基于穗粒分布圖的玉米果穗表型性狀參數(shù)計(jì)算方法杜建軍，郭新宇※，王傳宇，肖伯祥(1．北京市農(nóng)林科學(xué)院，北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心，北京100097；2．國(guó)家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心，北京100097；3．?dāng)?shù)字植物北京重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100097)摘要：玉米果穗表型性狀是玉米育種、產(chǎn)量預(yù)測(cè)的重要參數(shù)，提出一種基于穗粒分布圖的玉米果穗性狀計(jì)算方法，全面解析玉米果穗和穗粒的幾何、數(shù)量和顏色等表型性狀

2、。該文利用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)果穗轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)獲取果穗主要側(cè)面圖像，采用果穗畸變校正方法生成標(biāo)準(zhǔn)果穗圖像序列，在像素尺度進(jìn)行果穗輪廓分析，建立圖像序列中果穗輪廓映射關(guān)系并生成果穗三維模型，在穗粒尺度拼接果穗整個(gè)表面的穗粒分布圖，計(jì)算出果穗和穗粒的各項(xiàng)表型性狀。試驗(yàn)結(jié)果表明，提出的表型性狀計(jì)算方法對(duì)穗型及穗粒分布規(guī)則的玉米果穗具有較高檢測(cè)精度，其中穗行數(shù)、行粒數(shù)、總粒數(shù)、果穗長(zhǎng)和果穗粗的平均計(jì)算精度分別為98．231％、94．351％、96．921％、98．956％和98．165％。關(guān)鍵詞：圖像分割；三維；畸變；玉米果穗；表型性狀；校正doi：10．119750．issn．1002-6819．2016

3、．13．024中圖分類號(hào)：TP391．41：$333．3文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1002—6819(2016)一13—0168—09杜建軍，郭新宇，王傳宇，肖伯祥．基于穗粒分布圖的玉米果穗表型性狀參數(shù)計(jì)算方NIJ]．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2016，32(13)：168-176．doi：10．11975／j．issn．1002—6819．2016．13．024http：／／www．tcsae．orgDuJianjun，GuoXinyu，WangChuanyu，XiaoBoxiang．Computationmethodofphenotypicparametersbasedondistributio

4、nmapofkernelsforcornears[J]．TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE)，2016，32(13)：168—176．(inChinesewithEnglishabstract)doi：10．119756．issn．1002—6819．2016．13．024http：／／www．tcsae．org0引言玉米果穗表型性狀是玉米育種與生產(chǎn)中的常規(guī)測(cè)量項(xiàng)目，對(duì)揭示玉米果穗品種特征及其表型性狀與產(chǎn)量形成的關(guān)系具有重要價(jià)值。長(zhǎng)期以來(lái)，玉米果穗表型性狀主要依靠人

5、工測(cè)量和統(tǒng)計(jì)分析，存在耗時(shí)、費(fèi)力、主觀性強(qiáng)、準(zhǔn)確性差等問(wèn)題，難以滿足現(xiàn)代玉米育種行業(yè)發(fā)展的需求。利用計(jì)算機(jī)視覺和圖像處理技術(shù)自動(dòng)檢測(cè)玉米果穗，快速計(jì)算出果穗各項(xiàng)表型性狀參數(shù)，不但能夠大大降低人力成本、提高玉米考種效率、推進(jìn)玉米考種作業(yè)流程的精準(zhǔn)化、標(biāo)準(zhǔn)化，而且可計(jì)算出諸多依靠人工難以直接測(cè)定或者統(tǒng)計(jì)耗時(shí)的性狀特征，比如穗粒數(shù)、果穗體積和顏色紋理等。近年，基于圖像處理技術(shù)的玉米果穗表型檢測(cè)方法和技術(shù)已有大量研究。呂永春等[-】基于背景板比例尺的圖像處理算法測(cè)量玉米圖像中幾何特征，而周金輝等121探討了結(jié)合果穗顏色特征和生物學(xué)規(guī)律建立了穗行數(shù)和行粒數(shù)估算模型。韓仲志等【3】通過(guò)對(duì)果穗進(jìn)行破

6、壞性取樣采集到玉米果穗橫斷面圖像，然后利用機(jī)器視覺方法檢測(cè)穗行數(shù)分布特征。王慧慧等【4】利用HIS顏色模型計(jì)算果穗禿收稿日期：2015—10—15修訂日期：2016—04—16基金項(xiàng)目：農(nóng)業(yè)部行業(yè)科技計(jì)劃項(xiàng)目(201203026)；國(guó)家自然科學(xué)基金課題(31171454)；北京市農(nóng)林科學(xué)院科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)(JNKYT201604)作者簡(jiǎn)介：杜建軍，男，副研究員，主要從事設(shè)施農(nóng)業(yè)、計(jì)算機(jī)圖形圖像、生物力學(xué)等相關(guān)技術(shù)研究。北京北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心，100097。Email：dujj@nencta．org．cn※通信作者：郭新宇，男，研究員，主要從事數(shù)字植物理論研究。北京北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究

7、中心，100097。Email：guoxy@nercita．org．cn尖等幾何形狀，實(shí)現(xiàn)玉米果穗外觀品質(zhì)分級(jí)。上述研究利用單張果穗圖像計(jì)算果穗性狀，通常難以準(zhǔn)確反映果穗的個(gè)體特征，只能利用統(tǒng)計(jì)分析方法給出果穗性狀概況。另外，由于果穗上穗粒相似度高且密集分布，因此針對(duì)同一果穗、不同角度的拍攝圖像進(jìn)行計(jì)算，其結(jié)果難以保持穩(wěn)定。柳冠伊等口匐采用線陣掃描方法直接獲取果穗圓周圖像，并針對(duì)果穗穗粒分割中存在的粘連現(xiàn)象進(jìn)行后期處理。王傳宇等[71開發(fā)了基于