[发明专利]一种基于Micro-CT的单籽粒谷物内部虫害检测方法

说明书

本发明公开了一种基于Micro‑CT的单籽粒谷物内部虫害检测方法，依次通过二维CT投影图像的采集、有效扫描区域确定、图像重建、有效重建区域确定、籽粒三维显微CT图像构建、原始数字特征空间形成、优化特征空间形成和籽粒多虫态侵染识别模型的建立，最后利用籽粒多虫态侵染识别模型自动判别出对应谷物籽粒样本是否受到多个虫态害虫的侵染；本发明能够自动判别出谷物籽粒是否受到任意虫态害虫的侵染，而且能够判定处于谷物籽粒任意位置的害虫侵染，并准确统计含虫籽粒的数量，实现谷物籽粒内部多虫态虫害的实时、准确、自动和无损的早期检测，为防治谷物虫害提前了14‑21天的时间，且检测正确率达到95％以上，时效性强，准确度高。

技术领域

本发明涉及单籽粒谷物内部虫害检测技术领域，尤其涉及一种基于Micro-CT的单籽粒谷物内部虫害检测方法。

背景技术

粮食安全关系到国计民生、经济繁荣和社会发展，是我国工业化、城镇化的一个重要前提。然而，近年来灾难性气候频发，生物燃料争粮，全球粮食产量储备下降，粮食安全形势日益严峻，另外，随着人们生活水平的提高，对粮食品质提出了更高的要求。据资料显示，全世界每年储藏期间的粮食至少有5%为害虫所糟蹋，我国因虫害造成的粮食损失更是高达储粮总损失的30%，每年因害虫危害造成的粮食直接经济损失在20亿元以上。害虫防治决策缺乏科学性是造成这种状况的主要原因之一，而害虫防治决策重要的科学依据之一就是谷物害虫的准确检测。只有准确的检测，才能做到有目的的防治，把害虫种群控制在经济损害水平以下。

米象、谷蠹等蛀食性害虫直接危害完整的谷物籽粒，其未成熟幼虫在籽粒内部生长发育，直到成虫才从籽粒内出来。害虫不仅造成谷物的重量损失，其排泄物、尸体、皮壳等还会对谷物产生严重的污染，容易增加真菌的感染，造成谷物品质的下降。在害虫产卵后的几周内不易被肉眼发现，很难从外部可视化检测。因此，谷物籽粒内部害虫不仅危害大，而且检测困难，如何早发现，并准确、自动地检测谷物籽粒内部的害虫至关重要。

目前，谷物籽粒内部害虫检测方法有人工感官检验法、害虫碎片检验法、悬浮法、电导率法和电子鼻法等，但是这些这些方法存在主观性过强、操作复杂繁琐、破坏性强、对检测样本容器的密闭性要求较高等缺点。近年来，逐渐出现了一些新的无损检测方法，例如近红外光谱法、软X射线成像法和近红外高光谱成像法，这些无损检测方法能确定粮粒中害虫所造成的物理和化学变化，可用于单籽粒谷物的自动检测，而且软X射线成像法和近红外高光谱成像法还可对籽粒进行可视化检测。但是，近红外光谱法和近红外高光谱成像法对低龄幼虫及虫卵的检测检测效果不好，且检测时处于籽粒背面时的检测效果也不好，而软X射线成像法获取的是籽粒的二维图像，不能检测含虫卵的籽粒，不能准确判别处于图像边界、腹沟附近等轻微侵染。因此，近红外光谱法、软X射线成像法、近红外高光谱成像法这三种方法的检测效果均无法满足对虫害检测精度的要求。

Micro-CT成像法兼具X射线成像技术、CT成像技术和显微成像技术的优势，可采集微小样本高分辨率的图像信息，能对单个籽粒的内部微结构信息进行立体可视化分析,因此Micro-CT成像法可有效用于谷物籽粒早期虫害侵染的检测。可见，研究开发基于Micro-CT成像的准确、可靠、无损的单籽粒谷物内部早期虫害检测方法是必要而迫切的。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于Micro-CT的单籽粒谷物内部虫害检测方法，能够自动判别出谷物籽粒是否受到任意虫态害虫的侵染，而且能够判定处于谷物籽粒任意位置的害虫侵染，并准确统计含虫籽粒的数量，实现谷物籽粒内部多虫态虫害的实时、准确、自动和无损的早期检测，为防治谷物虫害提前了14-21天的时间，且检测正确率达到95％以上，时效性强，准确度高。

本发明采用的技术方案为：

包括以下步骤：