[发明专利]基于数字图像处理技术的单株水稻穗部籽粒数计数方法

说明书

技术领域

本发明涉及到一种采用数字图像处理技术实现单株水稻穗部籽粒数计数的方法。

背景技术

水稻穗部籽粒数就是水稻成熟时穗部所有籽粒的数量。

水稻生产过程中的最终产量始终是农业生产者最为关注的事情。为便于水稻生产和产后的加工管理，尽早估测水稻田间产量已成为生产者和农业管理部门的迫切需要。而水稻田间产量估测需要先准确获得成熟稻穗的籽粒数量。同时为加速水稻育种和栽培管理工作，农学育种和栽培专家进行实验室考种时，也希望快速获得水稻穗部籽粒数量。在稻穗籽粒数计数的基础上，根据水稻千粒重和其他相关参数，从而快速准确地获得水稻产量。

现阶段农业理论测产方法如下：直播和抛秧稻每点取1平方米以上调查有效穗数；取平均穗数左右的稻株2～3穴(不少于50穗)调查穗粒数、结实粒。

理论产量根据以下公式计算：理论产量(公斤)＝亩有效穗(穗)×穗粒数(粒)×结实率(％)×千粒重(克)×10-6×85％。

由此可知，水稻穗部籽粒数是理论产量测量的重要参数之一，但现阶段水稻穗部籽粒数都是通过人工计数方法获得，这种计数方法费时、费力，在计数过程中同样存在一定的误差，不同的测产技术人员可能获得不同的结果，受主观性影响较大，存在准确性和可重复性差等缺点。

因此研制一种快速准确的机器计数水稻穗部籽粒数具有现实意义，要实现机器计数水稻穗部籽粒数的关键在于，确定水稻穗部籽粒数的自动计数的方法。在准确获得水稻穗部籽粒数的基础上，根据水稻籽粒的千粒重和亩穗数获得水稻的亩产量。水稻穗部籽粒数与水稻穗部籽粒部位一次枝梗总长度和面积等特征参数密切相关，为本发明采用数字图像处理技术获得水稻穗部籽粒数数提供理论依据。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：寻找建立水稻穗部特征参数与其穗部籽粒数之间相应的固有特性相关关系，为采用数字图像处理技术计数出水稻穗部籽粒数提供理论依据，基于数字图像处理方法得到水稻穗部籽粒部位所在区域的面积和一次枝梗总长度，建立穗部籽粒部位区域面积和一次枝梗总长度与其穗部籽粒数之间的相关关系。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供了一种水稻穗部籽粒数的计数方法，该方法包括步骤：

S1.水稻穗部一次枝梗的平直化处理与图像预处理的具体步骤包括：测量水稻穗部相关特征参数，并建立水稻穗部特征参数与其穗部籽粒数之间相关关系，水稻穗部一次枝梗人工平直化处理、图像获取、灰度化处理和二值化处理，其中水稻穗部图像预处理包括灰度化处理和二值化处理两个步骤。

S1.1测量水稻穗部籽粒部位一次枝梗总长度特征参数，并建立水稻穗部一次枝梗总长度特征参数与其穗部籽粒数之间相关关系，为采用用数字图像处理技术计数出水稻穗部籽粒数提供理论依据。

S1.2在采集水稻穗部图像前需人工对穗部所有一次枝梗分开，并且使一次枝梗处于平直状态，从而保证水稻穗部图像一次枝梗之间无粘连和重叠，同时穗部籽粒区域面积和籽粒部位一次枝梗总长度的特征提取准确。水稻穗部一次枝梗经平直化处理后，利用扫描仪获取穗部图像，并对穗部图像进行预处理。

S1.3所有稻穗图像采集采用扫描仪，在采集稻穗图像时，需要保证水稻穗部一次枝梗分开并且处于平直状态。扫描仪分辨率设置为72dpi，图像大小为1008×612个像素。

S1.4灰度化处理：对彩色图像进行灰度化处理，获得水稻穗部的灰度图像，由灰度图像得到图像的灰度直方图。

S1.5二值化处理：通过直方图确定出背景区域和水稻穗部区域灰度分布的阈值，采用最大类间方差法(Otsu方法)确定分割阈值，从而把水稻穗部区域与背景区域分开，获得把水稻穗部与背景区域完全分开的图像。

S2.水稻穗部二值图像的数学形态学分析：对预处理后的水稻穗部图像进行数学形态学处理，采用数学形态学分析中开运算处理合理地去除结构元素小的部分；对每个孔洞进行填充操作，利用面积法将小于面积定值P的非目标物体对象全部去杂。

S2的具体步骤包括：图像开运算包括膨胀和腐蚀组合，图像填充和去杂处理。

S2.1图像处理开运算包括膨胀和腐蚀组合：该运算首先对图像进行腐蚀，然后再对腐蚀后的图像进行膨胀，两次操作使用同样的结构元素来处理图像。

图像经数学形态学开运算处理后图像中的水稻穗部杂点有明显的减少，比结构元素小的部分已合理地去除。