[发明专利]玉米节根后生木质部导管的三维提取方法及装置

说明书

本发明提供一种玉米节根后生木质部导管的三维提取方法及装置。该方法包括：步骤1，对玉米节根进行固定和脱水处理，得到玉米节根样本；步骤2，采用显微CT对所述玉米节根样本进行扫描和重构，获取一系列玉米节根样本的二维重构图像；步骤3，利用阈值分割、基于连通性的拓扑学操作和形态学方法，从所述一系列玉米节根样本的二维重构图像构成的原始三维体中提取出后生木质部导管。本发明能够对后生木质部导管进行快速的三维提取，避免了通过制作切片获取序列图像过程中的费时费力问题，以及逐一处理序列图像过程中效率低的问题。

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，更具体地，涉及玉米节根后生木质部导管的三维提取方法及装置。

背景技术

玉米根系是植株吸收水分的主要器官，是植株正常生长发育的关键保障。根系吸水的实质是水分经过根表皮、皮层、内皮层到达中柱木质部导管，并沿导管向上运输的过程。其中后生木质部导管在水分运输过程中发挥重要的作用。由于根系对水分运输的效率与后生木质部导管的数目和尺寸密切相关，因此对后生木质部导管数目和尺寸等表型信息进行提取和鉴定，将对评价根系的水分运输效率具有重要的理论意义，并对节水抗旱玉米新品种的选育进而提高干旱逆境环境下的作物产量具有重要的现实意义。

现有技术中，可通过获取根内某一截面二维图像的方式或者获取根内三维组织结构的方式获得后生木质部导管的数量和尺寸信息。获取根内某一截面二维图像的方式包括植物切片结合显微成像技术、电镜扫描和激光消融断层扫描技术等。获取根内三维组织结构的方式包括激光共聚焦显微成像技术以及通过传统的组织学方法获取一系列石蜡切片并对切片进行三维重建的基于序列图像三维重建技术。

在上述获取根系某一截面二维图像的方式中，由于根系某一截面二维图像仅反应了后生木质部导管的一个截面的信息，信息量较少。在上述获取根系三维组织结构的方式中，激光共聚焦显微成像技术对于样本厚度有一定要求，即样本厚度不易过厚，无法满足较厚样本的观测需求；基于序列图像的三维重建技术，切片制作过程步骤复杂，耗时费力，此外，在三维重构时，需要逐一处理序列图像，工作量大，效率低。

发明内容

本发明提供一种玉米节根后生木质部导管的三维提取方法及装置，以克服现有技术中，制作切片获取序列图像费时费力的问题以及逐一处理序列图像费时的问题。

根据本发明的第一方面，提供一种玉米节根后生木质部导管的三维提取方法，该方法包括：步骤1，对玉米节根进行固定和脱水处理，得到玉米节根样本；步骤2，采用显微CT对所述玉米节根样本进行扫描和重构，获取一系列玉米节根样本的二维重构图像；步骤3，利用阈值分割、基于连通性的拓扑学操作和形态学方法，从所述一系列玉米节根样本的二维重构图像构成的原始三维体中提取出后生木质部导管。

结合本发明第一方面第一种可能实现方式，在第二种可能实现方式中，所述步骤3包括：步骤31，基于阈值分割，将所述原始三维体分割为第一三维体和第二三维体，所述第一三维体包括木质部导管和玉米节根外部分，所述第二三维体包括玉米节根中柱内的周围薄壁细胞；步骤32，基于连通性的拓扑学操作，将所述第一三维体划分为第三三维体和第四三维体，所述第三三维体包括N个后生木质部导管和M个原生木质部导管，所述第四三维体包括玉米节根中柱外部分；步骤33，基于形态学方法和基于连通性的拓扑学操作，将所述第三三维体中划分为N个第五三维体，每个第五三维体由一个后生木质部导管和与该后生木质导管非真实连接的原生木质部导管构成；步骤34，基于形态学方法和基于连通性的拓扑学操作，从每个所述第五三维体中获取后生木质导管。

结合本发明第一方面第二种可能实现方式，在第三种可能实现方式中，所述步骤31具体包括：基于所述原始三维体中的典型横截面图像，获取所述横截面图像的灰度直方图；基于所述灰度直方图，获取用于分割的第一阈值；将所述原始三维体中小于等于所述第一阈值的像素点的灰度值设置为第一灰度值形成第一三维体，大于所述第一阈值的像素点的灰度值设置为第二灰度值形成第二三维体。