统各分蘖性状的变异系数
[0034]
[0035] 由上表可以看出，检测样品分蘖性状的变异系数均小于10%，则认为本发明所述 微型CT成像系统测量值重复性好，完全可接受。
[0036] (2)微型CT成像系统测量分蘖性状的相对误差检测
[0037] 对微型CT成像系统实际测量分蘖性状的精准性做定性分析，评价标准为相对误差 小于5%，实验数据同上述重复性检测实验。微型CT成像系统测量值与人工测量值结果如下 表：
[0038] 表2微型CT成像系统测量值与人工测量值结果(外径）
[0039]
[0041 ]表3微型CT成像系统测量值与人工测量值结果(壁厚）
[0042]
[0043] 表4微型CT成像系统测量值与人工测量值结果（中空面积）
[0044]
[0045] 表5微型CT成像系统测量值与人工测量值结果(总面积）
[0046]
[0047] 表6微型CT成像系统测量值与人工测量值结果(分蘖角度）
[0048]
[0050]由上述表格可见，除了标准件分蘖角度以外，其余4个参数(外径、壁厚、中空面积 与总面积）的相对误差或平均相对误差均大于评价标准，需要对这4个性状参数进行修正。 CT系统测量值的参考平面为水平断层面，而实际人工测量值的参考平面为轴断面，与水平 面的夹角为分蘖角度，需通过分蘖角度对系统测量值进行修正。从数学关系可推导出外径 与壁厚的修正因子:2* Sina/(Sina+l)(其中α为CT系统测量的分蘖角度），中空面积与总面 积的修正因子:s ina。
[0051 ] (3)微型CT成像系统测量分蘖性状修正后的相对误差检测
[0052] 将上述表格中系统测量值进行相对应的修正，评价标准为相对误差小于5%，实验 数据同上述重复性检测实验。微型CT成像系统修正后测量值与人工测量值结果如下表：
[0053] 表7微型CT成像系统修正后测量值与人工测量值结果(外径）
[0054]
[0055] 表8微型CT成像系统修正后测量值与人工测量值结果(壁厚）
[0056]
[0057] 表9微型CT成像系统修正后测量值与人工测量值结果（中空面积）
[0058]
[0059]表10微型CT成像系统修正后测量值与人工测量值结果(总面积）
[0060]
[0061] 表11微型CT成像系统修正后测量值与人工测量值结果(分蘖角度） 1
[0063]上述分蘖性状(外径、壁厚、中空面积、总面积、分蘖角度）的系统修正后测量值与 人工测量值的平均相对误差均小于5%，且每个检测样品的相对误差也小于5%，这个相对 误差是可以接受的。通过以上实验与分析，本发明所述微型CT成像系统能保证测量的精准 性。
【主权项】
1. 一种基于微型CT的水稻分葉性状无损测量装置，包括升降台（5)、平移台（7) W及载 物旋转台（6)，其特征在于还包括微焦斑射线源（3)，用于提供稳定X射线束；平板探测器 (1)，用于采集平面阵列图像;计算机(4)，用于接收、处理并输出信息;射线源冷却装置(8)， 用于对微焦斑射线源(3)进行冷却;PLC控制器(9)，用于控制载物旋转台（6)启动停止的时 间和步进角度;所述平板探测器（1)设置在升降台巧）的上表面，所述载物旋转台（6)设置在 平移台（7)上，所述化C控制器(9)的一端通过串口与计算机(4)进行通信交互，所述化C控制 器(9)的另一端与载物旋转台（6)相连。2. 根据权利要求1所述的基于微型CT的水稻分葉性状无损测量装置，其特征在于还包 括机械手(10)，用于将检测样品（2)在指定位置与载物旋转台（6)之间进行来回搬运。3. 根据权利要求1所述的基于微型CT的水稻分葉性状无损测量装置，其特征在于所述 计算机(4)内置测量系统，所述测量系统包括： 设备控制模块，用于通过计算机(4)发送指令给机械手（10)和化C控制器(9)，控制机械 手（10)完成搬运功能，控制PLC控制器(9)驱动载物旋转台（6)的伺服电机及驱动器，实现精 确控制检测样品（2)的等间距间歇旋转。 图像采集模块，每当检测样品（2)旋转一个角度后停止时，用于接收平板探测器（1)采 集到的检测样品（2)图像，从而控制平板探测器(1)与载物旋转台（6)的协调运转。 图像处理模块，用于对上述采集到的图像依次取同一行后组成正弦图，基于FBP算法进 行断层图像重建，并对断层图像进行图像处理，最后将性状参数显示并存储。4. 根据权利要求1-3中任意一项所述的基于微型CT的水稻分葉性状无损测量装置，其 测量方法包括W下步骤： 001、 使用机械手（10)将检测样品(2)搬运至载物旋转台(6)上； 002、 保持微焦斑射线源(3)与平板探测器（1)静止不动，通过化C控制器(9)控制载物旋 转台（6)等间距间歇旋转，W便易于精确控制检测样品（2)的角度； 003、 平板探测器(1)在载物旋转台(6)间歇停止时采集图像并传输给计算机(4); 004、 待完成一株检测样品（2)的所有角度采集后，由计算机(4)中的测量系统测量检测 样品（2)的分葉性状并存储，最后由机械手(10)将检测样品（2)放回指定位置。 5、 根据权利要求4所述的基于微型CT的水稻分葉性状无损测量方法.其特征在于所述 步骤004中测量检测样品（2)的分葉性状包括W下步骤： 041、 用标准样品对微型CT成像系统的各项性能参数指标进行测试，同时，确定系统重 建的各项参数。 042、 在上述系统各项性能参数标定完成的基础上，采集各个角度下的单个盆栽水稻投 影图片，再选取同一高度下全角度线阵列图像并组成正弦图，基于FBP算法来获取质量较高 的分葉断层重建图像，FBP算法公式：其中./'(/?.的为图像分布函数，D为射线源到旋转中屯、的距离，r、^分别为极坐标下的长 度和角度，e为射线源和旋转中屯、连线与Y轴间的夹角，q(s)为投影函数，b(s)为卷积函数，S 为检测器上与射线张角所对应的距离，043、所述基于FBP算法的分葉断层重建图像通过标准样品 .0 进行效果测试和修正，然后进行分葉性状的测量与计算，最后将性状参数显示并存储。6. 根据权利要求5所述的基于微型CT的水稻分葉性状无损测量方法.其特征在于所述 步骤041中微型CT成像系统的各项性能参数指标包括系统空间放大倍率确定、视场FOV确 定、系统空间分辨率确定、系统均一性测试、系统密度分辨率测试、射线源发散角、射线源电 压大小、射线源电流大小、投影旋转角度，中屯、点位置W及物体到射线源的距离。7. 根据权利要求5或6所述的基于微型CT的水稻分葉性状无损测量方法.其特征在于所 述步骤043中，针对分葉断层重建图，由于分葉结构近似为楠圆形态，基于分形维数和楠圆 检测的茎杆识别技术，区分分葉和杂散叶片，从而获取分葉数运一性状参数；由于叶銷中含 有数目不等气腔，基于此利用特征提取和灰度图像分割可区分茎杆和附着在茎杆上叶銷， 并精准识别茎杆，从而获取茎粗与总面积性状参数;在茎杆识别的基础上，分别在两个不同 高度的断层面取质屯、，投影到同一平面后，计算平面内两点的欧氏距离X，并且系统已知两 个断层面的垂直距离y，因此可W计算出分葉角度a = arctg(x/y)，从而获取分葉角度运一 性状参数;在茎杆识别的基础上，结合灰度图像分割，区分髓腔和茎壁，从而获取茎壁厚与 髓腔面积性状参数。
【专利摘要】本发明公开了一种基于微型CT的水稻分蘖性状无损测量装置及其测量方法，本装置包括升降台、平移台以及载物旋转台等；本方法包括使用机械手将检测样品搬运至载物旋转台上等步骤。本发明由机械手完成搬运工作，通过微焦斑射线源、载物旋转台及平板探测器可以采集到检测样品的面阵列图像，再基于计算机系统可以实现检测样品的断层重建图像，通过机器视觉技术同时获取水稻分蘖的分蘖数、茎粗、茎壁厚、髓腔面积、总面积、分蘖角度等分蘖性状。
【IPC分类】G01N23/04
【公开号】CN105510362
【申请号】CN201510899754
【发明人】杨万能, 吴迪, 黄成龙, 熊立仲, 陈国兴, 牛智友
【申请人】华中农业大学
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年12月7日