专利名称：种子生活力的动态散斑测定方法
技术领域：
本发明涉及一种测量种子生活力的动态散斑测定方法，具体的说是涉及一种利用动态散斑相位涡旋参数的变化来实现对种子生活力的测定，可广泛应用于农业育种等领域。
背景技术：
种子生活力是指种子的潜在发芽能力或者种胚所具有的生命力，是预期具有成长正常幼苗的潜在能力。种子生活力测定在作物育种、种子生产、种子加工、种子储藏、种子检验及种子研究等领域具有重要的作用。种子生活力的测定方法主要有生物化学测定法、物理特性测定法及种子生长迹象测定法三类。其中，生物化学测定法是根据死、活种子生理生化特性的差异，利用生化显色指示剂进行染色，然后按染色特征测定种子的生活力；这类方法操作规程比较复杂，且常采用有毒的化学试剂，易对环境造成污染。物理特性测定法主要包含软X-射线测定法和荧光测定法，其中，软X-射线测定法由于采用的是穿透能力很强的短波源，长期使用易对测试者的身体造成伤害；而荧光测定法仅适合于含有荧光物质的特定种类的种子。种子生长迹象测定法主要包括离体胚测定法和过氧化氢浸培法，其中，离体胚测定法需要从种子组织中分离出胚，然后进行培养，观察其发芽能力，该方法操作比较复杂， 且需要较长的测量时间；而过氧化氢浸培法中采用的过氧化氢对人的呼吸道及眼睛具有毒副作用。综上分析可知，在现有公开的背景技术中，发展一种绿色无污染、操作简单的种子生活力的测定方法是一个待解决的技术难题。
发明内容
本发明的目的是为解决上述技术问题的不足，提供一种种子生活力的动态散斑测定方法，该发明具有非接触、绿色无污染、操作简单的优点。本发明的为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是一种种子生活力的动态散斑测定方法，该方法利用由连续波激光器、准直扩束器、测试台、CCD相机和计算机构成的测量装置进行测量，待测定种子放置在测试台上，连续波激光器的光束经准直扩束器照射在待测定种子表面，光束经被测物体散射后，在反射区形成散斑光场，反射光进入CCD 相机成像，然后存储进计算机，测定步骤如下
步骤一、剥去待测定种子的果皮和种皮，确定种子的胚芽和胚乳位置； 步骤二、激光器发出的激光经扩束后，均勻照射在剥去果皮和种皮的待测定种子表面； 在反射空间用CXD相机每隔5-10分钟记录一副散斑图像；为保证测量精度，应使散斑图中的散斑颗粒的平均直径为4 Pixels，散斑图像尺寸不小于IOMX 10 Pixels ；记录10幅以上的散斑图像存储进计算机进行后续处理；
步骤三、利用复数滤波器，对记录的散斑图像进行滤波，得到它们的光强复信号分布；步骤四、利用光强复信号分布，通过实部与虚部零值线的交叉点来确定每个相位涡旋点的位置；然后，计算出每幅散斑图中每个相位涡旋核结构的旋度值，进行归一化处理，构成旋度值归一化数据矩阵；
步骤五、比较这10幅以上的散斑图像的旋度值归一化数据矩阵；若旋度值归一化数据矩阵中的旋度值随时间变化的平均值小于0. 1，则说明该种子的生活力非常微弱，可以测定为坏死种子；若旋度值数据矩阵中的旋度值随时间的变化明显分为两个不同的区域，其中， 一个区域的旋度值随时间变化的平均值大于0. 3，另一个区域的旋度值随时间变化的平均值小于0. 1 ；则说明旋度值随时间变化的平均值大于0. 3的区域代表胚芽，并且其生活力非常强，可以测定为生活力高的优质种子。本发明，当激光照射在生物体上时，由于生物体对光束的无规则动态散射，在反射空间将形成随时间变化的散斑图像，称为动态散斑。本发明利用代表种子生活力的胚芽和供给胚芽营养物质的胚乳的生物活性的不同，这两个区域生成的动态散斑的动态特性也有显著的差异；对于生活力高的种子来说，胚芽由于生物活性强，该区域产生的散斑图像随时间的变化显著；而胚乳的生物活性很弱，其生成的散斑图像随时间的变化很小。若种子的生命力很弱，则这两个区域的散斑图像随时间的变化均非常小。本发明利用散斑图像的特征因子，通过分析动态散斑图像随时间的变化特性，最终实现对种子生活力的测定。本发明的工作原理是
在动态散斑测量中，利用CCD相机记录种子随时间变化的散斑图像，图像强度用
i{x,yj)表示，其中，t代表不同时刻；然后存储进计算机进行处理。在散斑测量中，当光场的复振幅为零时，其实部和虚部在空间该点同时为零，在该点产生相位奇异现象，称为散斑相位涡旋。相位涡旋携带了散斑场的变化信息，因此，本发明提出利用相位涡旋作为特征因子来实现测量。由于利用CCD相机记录的是散斑场的强度图，CCD相机记录的散斑图是光强分布图，丢失了相位信息；本发明首先通过复数滤波器将
散斑强度分布/(U，<)进行滤波，得到其复数信号分布/(HO ,以拉盖尔-高斯复数滤波
器为例，
权利要求
1.种子生活力的动态散斑测定方法，其特征在于该方法利用由连续波激光器(1)、准直扩束器(2)、测试台(3)、CCD相机(5)和计算机(6)构成的测量装置进行测量，待测定种子放置在测试台(3)上，连续波激光器(1)的光束经准直扩束器(2)后照射在待测定种子表面，光束经被测物体散射后，在反射区形成散斑光场，反射光进入CCD相机(5)成像，然后存储进计算机(6)，测定步骤如下步骤一、剥去待测定种子的果皮和种皮，确定种子的胚芽和胚乳位置； 步骤二、激光器发出的激光经扩束后，均勻照射在剥去果皮和种皮的待测定种子表面； 在反射空间用CXD相机每隔5-10分钟记录一副散斑图像；为保证测量精度，应使散斑图中的散斑颗粒的平均直径为4 Pixels，散斑图像尺寸不小于IOMX 10 Pixels ；记录10幅以上的散斑图像存储进计算机进行后续处理；步骤三、利用复数滤波器，对记录的散斑图像进行滤波，得到它们的光强复信号分布； 步骤四、利用光强复信号分布，通过实部与虚部零值线的交叉点来确定每个相位涡旋点的位置；然后，计算出每幅散斑图中每个相位涡旋核结构的旋度值，进行归一化处理，构成旋度值归一化数据矩阵；步骤五、比较这10幅以上的散斑图像的旋度值归一化数据矩阵；若旋度值归一化数据矩阵中的旋度值随时间变化的平均值小于0. 1，则说明该种子的生活力非常微弱，可以测定为坏死种子；若旋度值数据矩阵中的旋度值随时间的变化明显分为两个不同的区域，其中， 一个区域的旋度值随时间变化的平均值大于0. 3，另一个区域的旋度值随时间变化的平均值小于0. 1 ；则说明旋度值随时间变化的平均值大于0. 3的区域代表胚芽，并且其生活力非常强，可以测定为生活力高的优质种子。
全文摘要
一种种子生活力的动态散斑测定方法，涉及农业育种领域测量种子生活力的测定，本发明利用代表种子生活力的胚芽和供给胚芽营养物质的胚乳的生物活性的不同，这两个区域生成的动态散斑的动态特性也有显著的差异。利用动态散斑相位涡旋的旋度值作为特征因子，通过旋度值随时间的变化特性不同，实现了对种子生活力的测定。本发明方法具有光路简洁、简单易行及绿色无污染的特点，适合于农业育种等领域的种子生活力的检测。
文档编号A01C1/02GK102550166SQ201110406589
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月9日 优先权日2011年12月9日
发明者台玉萍, 张长水, 李新忠, 杜锦屏, 柴元武, 马淑惠 申请人:河南科技大学