一种基于X射线数字图像的种子分类识别方法及系统与流程

本发明涉及图像识别技术领域，具体涉及一种基于X射线数字图像的种子分类识别方法及系统。

背景技术：

种子活力是种子发芽和出苗率、幼苗生长的潜势、植株抗逆能力和生产潜力的总和，是种子品质的重要指标。选取活力旺盛的种子成为农、林业发展的重要一环，合理地选取和精确地应用间接地推动了整个农、林业及其衍生行业的发展。

目前，选取活力旺盛种子的方法逐渐从传统常规方法向着数字成像等快速、无损的方向发展。分析种子活力的X射线检验数据发现，从照片测出的种胚长、胚乳宽和发芽能力与种子活力均有显著的相关性，根据种子内部的胚长、胚乳宽等结构进行分选的种子用于移栽的成活概率将会提高。

现有采用X射线图像的选取活力旺盛的种子，根据种子内部自由空腔的面积进行分析，通常把焦点集中在内部空腔面积，而忽视了种子自身大小，造成识别种子活力准确率低的问题

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于X射线数字图像的种子分类识别方法及系统，通过种子大小与种子内部空腔在图像中占种子面积的比例识别种子活力，实现了快速准确识别种子活力。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一方面，本发明提供了一种基于X射线数字图像的种子分类识别方法，方法包括如下步骤：

获取待识别种子的X射线数字图像；

对所述X射线数字图像进行滤波、去噪和平场处理，得到所述X射线数字图像的二值图像；

采集所述二值图像中待识别种子的面积S₁及待识别种子内部空腔的面积S₂；

根据种子的面积S₁和内部空腔的面积S₂计算种子面积以及种子内部空腔面积百分比r的平均值、方差和标准差；

根据种子面积、种子内部空腔面积百分比r的平均值、方差和标准差对待识别的种子进行分类识别。

进一步的，所述种子的面积为处理后的X射线图像中种子轮廓内部的总像素数；所述内部空腔的面积为处理后的X射线图像中空腔廓内部的总像素数。

进一步的，所述种子内部空腔面积百分比为胚和胚乳之间形成的内部空腔占种子面积的百分比，采用下式计算：

其中，S₁为二值图像中种子的面积，S₂为二值图像中种子内部空腔的面积。

进一步的，所述根据种子面积、种子内部空腔面积百分比r的平均值、方差和标准差对待识别的种子进行分类识别的步骤，具体包括如下步骤：

根据种子内部空腔面积百分比r的平均值和方差对待识别的种子进行分组；

根据种子面积的平均值和标准差对上述分类的种子进行分类。

进一步的，所述根据种子内部空腔面积百分比r的平均值和方法对待识别的种子进行分组的步骤，包括：

种子内部空腔面积百分比小于平均值与方差之间的差值的种子，为第三组种子；

种子内部空腔面积百分比大于平均值的种子，为第一组种子；

上述两种情况之外的种子，为第二组种子。

进一步的，所述根据种子面积的平均值和标准差对上述分类的种子进行分类的步骤，包括：

种子面积大于种子面积的平均值的种子为第一类；

种子面积小于种子面积的平均值与两倍标准差的差值的种子为第三类；

上述两种情况之外的种子为第二类。

另一方面，本发明提供了一种基于X射线数字图像的种子分类识别系统，包括：处理器、控制器和图像生成器；

所述处理器分别与所述控制器和图像生成器相连接，所述控制器与所述图像生成器相连接；

所述图像生成器包括：与控制器相连接的X射线源以及与处理器相连接的接收器；

所述X射线源的一侧设有升降架，所述X射线源的上面设有载物台，所述载物台安装在升降架上并随升降架上下移动；

所述接收器通过支架设置在所述载物台的上面。

进一步的，所述接收器包括：获取X射线图像的射线相机以及与射线相机相连接，用于传输获取的X射线图像的传输装置。

进一步的，所述系统还包括：

用于隔离X射线的防护罩，所述防护罩内设有射线相机、载物台和X射线源。

进一步的，所述载物台为聚氯乙烯板或铝箔纸。

由上述技术方案可知，本发明提供的一种基于X射线数字图像的种子分类识别方法及系统，通过胚和胚乳之间形成的内部空腔占种子面积比例及种子的大小判断识别种子活力并分类，提高了种子活力的识别准确性，根据X射线图像的自动判别方式，提高了识别活力旺盛种子的速度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的一种基于X射线数字图像的种子分类识别方法的流程示意图；

图2是本发明的分类识别方法步骤S105中分类的流程示意图；

图3是本发明的分类识别方法步骤S105中分组的流程示意图；

图4是本发明的一种基于X射线数字图像的种子分类识别系统的结构示意图；

图5是本发明的分类识别系统中图像生成器的结构示意图；

图6是本发明的种子X射线数字图像；

图7是本发明的种子面积的提取图像；

图8是本发明的内部空腔提取图像。

其中，1-接收器，2-X射线源，3-升降架，4-载物台，5-支架。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前，选取活力旺盛的种子是发展农、林业的重要一环，选取活力旺盛种子的方法逐渐从传统常规方法向着数字成像等快速、无损的方向发展。现有采用X射线图像的选取活力旺盛的种子，根据种子内部自由空腔的面积进行分析，通常把焦点集中在内部空腔面积，而忽视了种子自身大小，造成种子活力识别准确率低的问题。为解决上述技术问题，本发明提供一种基于X射线数字图像的种子分类识别方法及系统。

本发明实施例一提供一种基于X射线数字图像的种子分类识别方法，参见图1，该方法具体包括如下步骤：

S101：获取待识别种子的X射线数字图像；

在本步骤中，采用X射线源照射待识别的种子，通过射线相机拍照，获取X射线数字图像。

S102：对所述X射线数字图像进行滤波、去噪和平场处理，得到所述X射线数字图像的二值图像；

在本步骤中，由于X射线数字图像分辨率很高，灰阶值为16bit，普通显示器无法直接显示，为了能够在普通显示器上显示这种高精图像，通过开窗技术可以完成图像灰度级的压缩，将高精图像的灰度范围压缩到256级，并对压缩后的图像进行滤波、去噪和平场处理。

S103：采集所述二值图像中待识别种子的面积S₁及待识别种子内部空腔的面积S₂；

在本步骤中，经步骤S102对图像进行处理，提取处理后图像中的种子特征，统计种子的轮廓内部总像素数作为种子的面积，种子内部空腔的总像素数作为种子内部空腔的面积。

S104：根据种子的面积S₁和内部空腔的面积S₂计算种子面积以及种子内部空腔面积百分比r的平均值、方差和标准差；

在本步骤中，种子面积百分比为胚和胚乳共同占种子面积的百分比值，采用公式进行计算，其中，S₁为二值图像中种子的面积，S₂为二值图像中种子内部空腔的面积。

S105：根据种子面积、种子内部空腔面积百分比r的平均值、方差和标准差对待识别的种子进行分类识别。

在本步骤中，采用步骤S104中的计算结果，根据种子内部空腔面积百分的平均值和方法对待识别的种子划分为三组，

根据种子面积的平均值和标准差对分类的种子分为三类。

从上述描述可知，本发明提供的一种基于X射线数字图像的种子分类识别方法，通过胚和胚乳之间空腔面积占种子面积比例以及种子的大小判断识别种子活力并分类，提高了种子活力的识别准确性。

本发明实施例二给出上述步骤S105中划分类别的具体实现方式，参见图2，具体实现步骤如下：

S201：种子内部空腔面积百分比小于平均值与方差之间的差值的种子，为第三组种子；

S202：种子内部空腔面积百分比大于平均值的种子，为第一组种子；

S203：除步骤S201和步骤S202两种情况之外的种子，为第二组种子。

本发明实施例三给出上述步骤S105中划分类别的具体实现方式，参见图3，具体实现步骤如下：

S301：种子面积大于种子面积的平均值的种子为第一类；

S302：种子面积小于种子面积的平均值与两倍标准差的差值的种子为第三类；

S303：除步骤S301和步骤S302两种情况之外的种子为第二类。

本发明实施例四提供一种基于X射线数字图像的种子分类识别系统，参见图4，该系统具体包括：处理器、控制器和图像生成器；

所述处理器分别与所述控制器和图像生成器相连接，所述控制器与所述图像生成器相连接；

参见图5，所述图像生成器包括：与控制器相连接的X射线源以及与处理器相连接的接收器；

所述X射线源的一侧设有升降架，所述X射线源的上面设有载物台，所述载物台安装在升降架上并随升降架上下移动；

所述升降架具有调节载物台与接收器之间距离的功能，通过改变间距能获取不同的视场大小，根据实际的视场需求选择合适的间距。

所述接收器通过支架设置在所述载物台的上面。

所述处理器优选为计算机。

进一步的，所述接收器包括：获取X射线图像的射线相机以及与射线相机相连接，用于传输获取的X射线图像的传输装置。

进一步的，所述系统还包括：

用于隔离X射线的防护罩，所述防护罩内设有射线相机、载物台和X射线源。

进一步的，所述载物台为聚氯乙烯板或铝箔纸。

由上述技术方案可知，本发明提供的一种基于X射线数字图像的种子分类识别系统，根据X射线图像的自动判别方式，提高了识别种子活力的速度。并且该系统结构简单、操作方便。

本发明以采用X射线数字图像分析种子内部构造识别番茄种子为例进行说明。种子样品为番茄种子，品种为金迪。多粒检测，共有200粒种子，分10组进行。

番茄种子较小，为了获得种子的内部构造的清晰图像，番茄种子需要进行预处理-催芽，未进行催芽的种子不易形成清晰的内部空腔，同时催芽的程度影响种子内部构造。为了定性无损的通过种子内部结构进行活力判定，需要严格、统一的控制催芽条件。若催芽时间过长会造成种子内部由胚和胚乳形成的自由空腔过大，不能正确的反映的种子的活力。若催芽时间过短，种子将无法形成清晰的自由空腔结构，无法进行种子活力的判定。

识别系统相机选用数字射线相机(型号pxs11)，分辨率4008×2670，X射线源发射点与相机接受平面的距离为110mm,X射线源(型号vhr11)与控制器连接，通过控制器控制X射线源射线管的电压、电流，射线管电压15.4kV,管电流12.6uA，载物板采用铝箔纸，距射线源的距离为52mm。射线源使用时经过25分钟预热，使其能产生稳定的射线，设定曝光时间设置为1s。处理器为计算机，射线源、射线相机、载物台均安装在防护罩内，射线相机获取X射线数字图像后传回计算机，传回的图像利用种子特征提取软件进行处理。由于X射线图像分辨率很高，灰阶值为16bit，普通显示器无法直接显示，为了能够在普通显示器上显示这种高精图像，通过开窗技术可以完成图像灰度级的压缩，将图像的灰度范围压缩到256级。图6为番茄种子的X射线数字图像。

对图像进行滤波、去噪和平场处理，统计正常种子的轮廓内部总像素数作为种子的面积，种子面积的提取和内部空腔提取的结果如图7、8所示，统计十组种子的面积、种子内部空腔面积及两者之间的比例。计算出每组番茄种子面积、胚和胚乳之间内部空腔所占种子面积百分比的均值，及每组数据的内部标准差。根据这个结果将种子划分为3类，如表1所示。本发明比较了仅通过胚和胚乳占种子面积比例判断种子活力和考虑种子大小情况下通过胚和胚乳占种子面积比例判断种子活力识别准确率，识别准确率如表2所示(其中V1、V2、V3为分类结果)，活力的识别准确率通过种子发芽试验进行判定。

表1种子分类结果

表2两种分类方法的识别准确率

从上述描述可知，在图像采集中采用数字成像技术，使获得的X射线数字图像能够进行计算机图像处理，以定性的进行活力特征分析；将种子自身大小信息与种子内部空腔占种子面积比例信息结合在一起进行种子活力判定，准确率较高；识别系统具有快速、无损检测的特点，结构简单、操作方便。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。