[发明专利]一种植物胚表面积测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种植物胚表面积测量装置及方法，该植物胚表面积测量装置包括LED灯组、CCD相机、观测面板和正方体机箱，正方体机箱内部附有漫反射材料并提供遮光的测量环境，CCD相机固定在机箱正上方，LED灯组发出的光线均匀的照射在被测植物胚表面，所述观测面板位于CCD相机正下方。测量时，利用基于阈值的图像分割方法，从CCD相机拍摄的图像中分割出植物胚和背景，采用基于深度学习的分割模型分割出植物胚的胚芽、胚轴和胚根；表面积测量模块实现植物胚表面积的计算。本发明所描述的方法适用于植物胚等不规则形状物体的表面积测量，操作简单，是一种基于机器视觉的表面积测量解决方案。

技术领域

本发明涉及一种表面积测量技术，具体说是一种植物胚表面积的测量装置及方法，属于机器视觉技术领域。

背景技术

植物胚为种子植物种子的重要组成部分，测量植物胚（包含胚芽，胚轴，胚根）的表面积，进而获取各个部位的生长情况，对生物体的成长具有重要的指导意义。目前，针对植物胚表面积的测量可以借鉴的方法是一些测量叶子表面积的方法，有网格法、称纸重法、打孔称重法以及建立回归方程等，上述方法流程复杂且误差较大，对测量装置的精度要求较高，存在诸多弊端。机器视觉技术能够较好地分割物体，一种基于机器视觉的测量方法具有操作简单且精度高的特点，然而目前缺乏针对植物胚进行表面积测量的装置及方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于测量植物胚表面积的装置及方法，该装置及方法可以方便地获取植物胚的表面积，降低操作复杂程度，同时得到准确的测量数据。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种植物胚表面积测量装置，包括LED灯组、CCD相机、观测面板和正方体机箱，所述LED灯组分布在正方体机箱的内角和支架处，所述CCD相机固定在机箱正上方，所述正方体机箱内部附有漫反射材料，使LED灯组发出的光线均匀的照射在被测植物胚表面，所述观测面板位于CCD相机正下方。

进一步地，所述植物胚表面积测量装置利用所述正方体机箱提供一个遮光的测量环境，所述CCD相机与所述观测面板位置固定，初次使用需要进行校准操作，获取所述实际观测平面的表面积S，以及获得所述实际观测平面在所述CCD相机拍摄图像中的像素数P。

优选地，所述LED灯所发射的光线均匀地照射到所述观测面板，所述观测面板为黑色的漫反射材质，使被测植物胚与背景形成鲜明对比度。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种植物胚表面积测量方法，所述方法利用基于阈值的图像分割方法分割出整株植物胚；其中，所述基于阈值的图像分割方法中阈值的选择采用直方图双峰法，具体地是先将图像转化成灰度图像，灰度图像的灰度直方图是呈现双峰分布的，一个峰值代表着背景，一个峰值代表植物胚，选择双峰之间的谷值作为阈值，阈值设置的最佳范围是[80,100]，低于阈值的像素判定为背景，高于阈值的像素判定为植物胚，进而计算植物胚在图像中的像素数P_x。

进一步地，在从背景中分割出植物胚的基础上，利用基于深度学习的分割模型来分割植物胚的各个部位：胚芽、胚轴和胚根，并分别计算胚芽，胚轴和胚根在图像中所占像素数P_a、P_b和P_c，其中，所述基于深度学习的分割模型预先根据标识了植物胚各个部位的植物胚图像数据集对深度神经网络进行训练获得。

优选地，所述基于深度学习的分割模型，采用的是语义分割模型来进行图像分割，以准确地识别出每株植物胚相应的各个部位：胚芽，胚轴和胚根；所述语义分割模型可以是全卷积深度神经网络，尤其可以使用预训练好的网络模型，通过所述植物胚图像数据集对网络进行微调，使得全卷积深度神经网络学习到植物胚各个部分的表征，用于对整株植物胚的分割。