[发明专利]一种拟南芥区域表型的检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种拟南芥区域表型的检测方法，利用相机采集拟南芥的图片，应用图像处理方法从图像中提取拟南芥的区域表型参数，实现拟南芥生长过程的无损检测。

背景技术

拟南芥是植物学、基因学、遗传学中的一种重要的模式植物。对拟南芥表型的研究，可以全面、彻底地阐明拟南芥的生理功能，特别是其表型与其基因之间的相互关系，以及不同的环境条件对它生长的影响。植物表型特征的检测方法包括破坏性测量、接触性测量和计算机视觉检测方法。破坏性测量即针对一批植株，随机地抽取一定数量，用破坏性的方法测量其参数。接触性测量即采用接触式传感器测量植物的参数。采用计算机视觉技术进行测量即通过相关设备，包括CCD摄像头、光源等，获得被测对象的光谱图像，利用相关的软件、算法对图像进行处理，获得所需的数据，从而得到植物的表型参数。现有的研究工作主要是利用计算机视觉技术实现对单个叶片的分析或者其它作物的分析。李新国等利用扫描仪获取油菜叶片的图像，并利用Photoshop软件获得叶片像素数，通过分辨率得到叶片的面积(李新国，蔡胜忠，李绍鹏等.应用数字图像技术测定油梨叶面积[J].热带农业科学，2009，29(2)：10-13.)。韩殿元等针对白色背景下的叶片提出一种利用颜色进行分割的算法，进而利用背景中的参考矩形板计算叶片的面积(韩殿元，黄心渊，付慧等.基于彩色通道相似性图像分割方法的植物叶面积计算[J].农业工程学报，2012，28(6)：179-183.)。李少昆等利用图像技术对玉米和小麦进行图像采集，并提取相关参数(李少昆，张弦.作物株型信息多媒体图像处理技术的研究[J].作物学报，1998，24(3)：265-271)。李长缨等利用计算机视觉技术对温室植物生长进行无损监测，获取植物的外部形态特征，包括叶冠投影面积和株高(李长缨，滕光辉，赵春江等.利用计算机视觉技术实现对温室植物生长的无损监测[J].农业工程学报，2003，19(3)：140-143.)。

综上所述，现有的研究存在以下缺陷：

1、采用破坏性的测量方法会对植物造成损伤，而且不能对植物的生长进行连续性测量。

2、采用传感器测量，直接与植物进行接触，会对植物的生长产生一定的影响，而且其成本高，开发难度也相对较大。

3、现有的计算机视觉技术主要集中在单个叶片或者其它作物的表型检测，而对拟南芥的表型检测主要依靠人工实现，工作量大、效率不高。

目前围绕拟南芥表型的计算机视觉检测研究，在国内外鲜有文献报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：如何针对拟南芥的特点，利用计算机视觉技术对拟南芥进行无损检测，提取其生长过程中的区域表型参数，包括总面积、矩形度、圆度率、紧实性、周长凹凸比、偏心性以及对称性。总面积用来反映拟南芥的大小，矩形度、圆度率、紧实性、周长凹凸比、偏心性以及对称性用来反映拟南芥的区域形态。这些表型参数既可以定量地描述拟南芥的生长情况，也可以用于拟南芥基因功能的研究，即通过这些表型参数描述不同基因的拟南芥在大小和区域形态上面的差异，从而可以推断出不同基因的功能及对拟南芥植物的影响。

(一)技术方案

为了实现上述目的，本发明提供了基于计算机视觉的拟南芥区域表型检测方法，包括以下步骤：

S1.在拟南芥的种植盆中，放置标定板，利用相机采集拟南芥的RGB图像；

S2.对采集后的图像进行预处理，实现图像的自动校正和标定，其中图像校正是为了校正图像的畸变，图像标定是为了获得单位像素的真实尺寸；

S3.对预处理后的图像进行分割，将拟南芥与背景分割，从图像中提取出来；

S4.提取拟南芥的区域表型参数，包括总面积、矩形度、圆度率、紧实性、周长凹凸比、偏心性以及对称性。

采集图像中的标定板采用的是蓝框黑白棋盘格，由3×3个边长为4mm的正方形组成。将标定板放在拟南芥植株一侧，与其一起进行图像采集。

步骤S2具体包括如下步骤：

S2.1定位黑白棋盘格

S2.1.1根据蓝色的RGB特征，提取蓝色边框；

S2.1.2对图像的内部进行孔洞填充，再减去原来的蓝色边框图像，得到新图像；

S2.1.3对新图像进行开运算，去除噪点；再进行闭运算，连接断点，得到黑白棋盘格的区域；

S2.2角点检测

S.2.2.1计算黑白棋盘格区域中的每一个点的水平方向和垂直方向上的一阶导数，得到三幅新图像：水平一阶导数的平方，垂直一阶导数的平方和两个一阶导数的乘积；