基于声学特性的杂交水稻裂颖种子检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及到一种基于杂交水稻种子声学特性的裂颖种子检测方法。
【背景技术】
[0002] 杂交水稻种子存在较严重的裂颖现象，这是不育系的一种遗传特性。杂交水稻制 种时不育系通过延长开颖时间来增加捕获花粉的机会，在长时间的开颖过程中，内、外颖会 因日晒、失水等而老化甚至皱缩，致使受粉后颖花的闭颖能力明显降低，部分颖花的内、外 颖不能完全闭合而形成开裂粒，或者内、外颖虽能勉强闭合但不能严密勾合而形成裂颖粒。 这两种情况我们都称为杂交水稻种子裂颖。
[0003] 水稻种子在成熟过程中不可避免会产生稻壳的裂颖，出现裂颖之后会影响种子发 芽性能，包括活力降低、发芽势和发芽率降低，秧苗品质降低，甚至最终影响水稻产量。对水 稻种子裂颖的检测不仅能有效地控制水稻的发芽率，而且有效地促进水稻幼苗的生长优势 和后续水稻产量。现阶段水稻种子裂颖检测方法有水选法和图像处理方法。水选法仅能用 于即将播种育苗的水稻种子，而图像处理方法必须保证裂颖一侧正对照相设备，因此目前 这两种方法存在不足，很难实际应用于水稻种子裂颖检测和分选。
[0004] 现阶段国内外已有利用农畜产品的声学特性对农畜产品裂纹特征进行检测和分 选的研究。例如闭口和开口开心果撞击到金属表面的声音信号检测，开口与未开口松子碰 撞声音检测，玉米裂纹声学撞击特性检测，空壳、饱满正常榛子和饱满开壳榛子撞击到金属 声音信号检测，鸡蛋裂纹声音信号检测。
[0005] 本发明通过控制杂交水稻种子下落高度和声音传感器与倾斜碰撞玻璃板间距离 来采集声音信号，通过分析声音信号的时域特性和频域特性，分析其电压幅值、短时能量、 平均幅度、功率谱密度面积、功率谱密度最大值、功率谱密度最小值，实现杂交水稻正常种 子和裂颖种子的识别。
[0006] 本发明通过利用杂交水稻种子声学特性识别裂颖和正常种子将有利于裂颖杂交 水稻种子的分选，提高杂交水稻种子整体发芽性能和秧苗品质。
【发明内容】
[0007] (一)要解决的技术问题
[0008] 本发明要解决的技术问题是:利用声学传感器获取下落水稻种子与碰撞板碰撞声 音信号，通过数字信号处理方法在时域和频域分析处理，分析电压幅值、短时能量、平均幅 度、功率谱密度面积、功率谱密度最大值、功率谱密度最小值，提取特征值，对比分析杂交水 稻正常种子和裂颖种子幅值差异，确定出区分的幅值阈值，利用此阈值对杂交水稻正常种 子和裂颖种子进行识别和分选。
[0009] (二)技术方案
[0010]为实现上述目的，本发明提供了一种基于声学特性的杂交水稻裂颖种子检测和识 别方法，该方法包括步骤：
[0011] 杂交水稻种子下落碰撞声音信号获取步骤包括:振动给料装置使杂交水稻种子单 粒下落并与碰撞板碰撞，种子与碰撞板碰撞声音信号经过声音传感器传输到计算机接收信 号并存储声音信号。
[0012] 通过振动给料装置振动给料，并保证每粒种子单粒下落，下落种子经溜槽进入漏 斗，杂交水稻种子经漏斗下落并与下方倾斜碰撞板碰撞，种子碰撞后沿着倾斜碰撞板下滑 进入分离系统把杂交水稻正常种子和裂颖种子分离开。
[0013] 杂交水稻种子与碰撞板碰撞后，安装在隔音管内部声音传感器采集种子与碰撞板 碰撞声音信号，数据线传输声音信号到计算机，计算机显示和存储声音信号，便于声音信号 处理的后续处理。
[0014] 杂交水稻种子下落碰撞声音信号处理方法步骤包括:利用数字信号处理软件对声 音信号数据进行处理，获得声音信号时域特性曲线，并提取声音信号时域特征值，同时对信 号进行傅立叶变换得到频域特性曲线，并提取声音信号频域特征值。
[0015] 利用数字信号处理软件对声音信号数据进行处理，获得声音信号时域特性曲线， 并提取声音信号时域特征值，比较分析杂交水稻裂颖种子与正常种子之间声音信号时域特 性差异，并找到一个阈值作为判断标准；
[0016] 对信号进行傅立叶变换得到频域特性曲线，并提取声音信号频域特征值，比较分 析杂交水稻裂颖种子与正常种子之间声音信号在不同频域时电压幅值变化和频域特性差 异。
[0017](三)有益效果
[0018] 本发明获取杂交水稻种子下落后与碰撞板碰撞产生声音信号，通过分析裂颖水稻 种子与正常水稻种子下落碰撞声学信号特性差异性，获得区分裂颖水稻种子与正常水稻种 子的电压阈值、短时能量阈值、短时平均幅度阈值，利用阈值把杂交水稻正常种子和裂颖种 子区分开。通过杂交水稻正常种子和裂颖种子下落碰撞声学信号在频域分析，获得区分裂 颖水稻种子与正常水稻种子功率谱密度面积阈值、功率谱密度最大值阈值、功率谱密度最 小值阈值，将杂交水稻正常种子与裂颖种子区分开。通过利用杂交水稻种子声学特性检测 方法把裂颖水稻种子与正常水稻种子区分开，有利于提高杂交水稻种子的发芽率、幼苗生 长性能甚至后续水稻生长和产量。
【附图说明】
[0019] 图1杂交水稻正常和裂颖种子电压典型波形图；
[0020] 图2杂交水稻正常和裂颖种子短时能量典型波形图；
[0021 ]图3杂交水稻正常和裂颖种子平均幅度典型波形图；
[0022] 图4杂交水稻正常和裂颖种子功率谱密度典型波形图；
[0023] 图5两优108杂交水稻种子综合识别率图；
[0024] 图6两优108杂交水稻种子最优位置声音电压值(H=150mm、h = 10mm)图。
[0025] 其中(a)为杂交正常水稻种子，（b)为杂交裂颖水稻种子。
【具体实施方式】
[0026] 本发明提出的基于杂交水稻种子声学特性的裂颖种子检测方法，结合附图和实施 例详细说明如下。
[0027] 试验材料:试验杂交水稻种子品种分别为两优108(湖南神农大丰种业科技有限责 任公司生产）；
[0028] 杂交水稻种子下落碰撞声音信号获取步骤包括