[发明专利]一种小麦条锈病菌夏孢子自动统计计数方法

说明书

本发明提供了一种小麦条锈病菌夏孢子自动统计计数方法，其可用于野外田间空气中小麦条锈病菌夏孢子的定量监测和准确计数。该方法包括以下步骤：通过TPBZ3型孢子捕捉仪、研究级显微镜将小麦条锈病菌夏孢子的显微图像采集到计算机；然后进行K‑means聚类算法、形态学处理、基于形状因子和面积的粘连孢子判别、基于凹度的粘连轮廓分割和粘连孢子轮廓段融合与计数，其计数准确率可达98.6％，实现了夏孢子的自动统计与计数。本发明的方法计数精度高，实用性强，解决了野外田间空气中小麦条锈病菌夏孢子计数这一亟待解决的难题。为在线式小麦条锈病夏孢子监测装备的开发提供技术支持。

技术领域

本发明属于农业图像处理技术领域，特别涉及一种小麦条锈病菌夏孢子自动统计计数方法。

背景技术

由条形柄锈菌(Puccinia striiformis f.sp.tritici)引起的小麦条锈病是我国西北、西南、华北和淮北等冬麦区和西北春麦区小麦的重要病害，一般流行年份可致小麦减产10％～20％，特大流行年份可致小麦减产50％～60％，对我国粮食安全生产具有重大威胁。小麦条锈病是一种气传病害，病原菌主要以夏孢子随气流传播到小麦上完成周年侵染循环，因此，田间空气中的夏孢子数量与小麦条锈病的流行程度紧密相关。对田间空气中条锈病菌夏孢子的定量监测和准确计数，并利用计数结果进行病害的早期预测，是及早制定正确的防控策略和采取防治措施的一个重要依据。

目前，小麦条锈病菌夏孢子数量多采用孢子捕捉器取样和监测，然后将黏附有孢子的载玻片拿回实验室在显微镜下人工计数或分子生物学方法计数。传统的人工计数方法是在光学显微镜下通过肉眼观测载玻片确定孢子个数，或者是将黏着的孢子洗刷下来，配成悬浮液，制成临时玻片进行镜检计数，均存在工作量大、效率低、且随工作时间准确性降低等缺点。分子生物学方法需要根据病原孢子DNA的量实现计数，过程复杂，对技术、试验条件和仪器要求高、花费高，很难大面积推广应用。因此，急需一种简便、快捷、准确、高效的小麦条锈病菌夏孢子计数方法。

近年来，基于显微图像处理技术被逐步应用到气传植物病原真菌孢子检测的相关研究上，并逐步应用到小麦条锈病菌夏孢子的相关研究中。齐龙等提出了基于距离变换和高斯滤波的改进分水岭算法的稻瘟病菌显微图像孢子自动检测和计数方法，但当粘连孢子的接触线长度超过单个孢子的宽度时，容易造成局部极小值点间的距离小于结构元素的长度，引起漏分割现象。李小龙等基于K-means聚类和分水岭分割算法，对小麦条锈病菌夏孢子显微图像进行处理，实现了对夏孢子的自动计数。然而图像中的噪声、结构特征和孢子表面细微的灰度变化等因素，易导致出现极小值点过多、分割位置不准确，从而产生过度分割现象。张荣标等提出了图像处理和支持向量机的圆褐固氮菌浓度快速检测方法，但方法仅适用于圆褐固氮菌相互粘连较少的简单情况。此外，上述方法中，大多数方法对未粘连的孢子能很好的计数，但对经常发生的多孢子粘连分割计数问题尚未解决。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种小麦条锈病菌夏孢子自动统计计数方法，利用一系列的显微图像处理方法实现夏孢子的自动统计与计数，以期提高小麦条锈病菌夏孢子计数精度，解决多孢子粘连分割计数的难题，并为在线式小麦条锈病夏孢子监测装备的开发提供技术支持。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种小麦条锈病菌夏孢子自动统计计数方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1，夏孢子显微图像采集

用TPBZ3型孢子捕捉仪模拟捕捉田间空气中的小麦条锈病菌夏孢子。在野外小麦田间，抽出捕捉仪的载波器并将表面均匀涂抹一薄层凡士林的载玻片放其上(涂面朝上)，捕捉一定时间后取出载玻片。为了使玻片上黏附的孢子密度不同，按照上述方法制备凡士林玻片30片，获取捕捉时间分别为120、180、240min的条锈病菌夏孢子载玻片，重复10次，共获不同孢子密度的载玻片30片；