一种玉米籽粒的表型测量方法及系统与流程

本发明实施例涉及图像处理技术领域，具体涉及一种玉米籽粒的表型测量方法及系统。

背景技术：

玉米是我国广泛种植的粮食和饲料作物。在玉米新品种测试、品种鉴定、品质评估等农业科研中，快速、准确测量籽粒的表型性状至关重要。玉米籽粒的表型测量关键指标包括粒长、粒宽和百粒重等。其中，百粒重指标与籽粒计数和整体重量有关，一般需对上百颗籽粒进行称重，并精确统计籽粒个数来计算得到，玉米籽粒的长宽测量，则需要对大量典型籽粒测量后统计分析得到。

现有技术中，玉米籽粒的表型测量方法是将籽粒沿着长度或者宽度排列，分别测量总体长度或者宽度，然后计算出籽粒平均长度和宽度。在传统玉米籽粒考种中，籽数、籽长、粒宽、重量都依靠人工测量，具有效率低、误差大、成本高、标准型差等问题。现有技术中进行玉米籽粒的表型测量主要存在以下问题：籽粒测量设备对不同尺寸籽粒的适应性不足，检测籽粒的数量与籽粒的计算精度难以调节；对复杂粘连的籽粒难以精准检测和识别，籽粒计数准确性有待提高；对玉米籽粒的长宽依赖简单的方向包围盒判定，难以处理某些籽粒存在宽度大于长度的情况。

因此，如何提出一种方案，能够提高玉米籽粒的表型籽粒测量效率和准确度，成为亟待解决的问题。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明实施例提供一种玉米籽粒的表型测量方法及系统。

一方面，本发明实施例提出一种玉米籽粒的表型测量方法，包括：

获取玉米籽粒的图像信息，将所述图像信息进行图像处理，进行所述玉米籽粒的预分割处理，获取所述玉米籽粒的色度二值图；

根据所述色度二值图，获取所述玉米籽粒的分裂轮廓图像信息和内切圆图像信息；

将所述分裂轮廓图像信息和所述内切圆图像信息进行融合分析，获得所述玉米籽粒的表型信息，其中所述表型信息包括所述玉米籽粒的百粒重信息、粒长信息和粒宽信息。

另一方面，本发明实施例提供一种玉米籽粒的表型测量系统，包括：相互连接的图像采集装置和图像处理装置，所述图像采集装置用于获取玉米籽粒的图像信息，所述图像处理装置用于将所述图像信息进行图像处理，其中所述图像处理装置包括：

图像色度处理模块，用于将所述图像信息进行图像处理，进行所述玉米籽粒的预分割处理，获取所述玉米籽粒的色度二值图；

图像轮廓处理模块，用于根据所述色度二值图进行基于递进阈值的籽粒拆分和基于初始轮廓的内切圆检测，分别获得所述玉米籽粒的分裂轮廓图像信息和内切圆图像信息；

图像融合处理模块，用于将所述分裂轮廓图像信息和所述内切圆图像信息进行融合分析，获得所述玉米籽粒的表型信息，其中所述表型信息包括所述玉米籽粒的百粒重信息、粒长信息和粒宽信息。

本发明实施例提供的玉米籽粒的表型测量方法及系统，通过对采集到的玉米籽粒的图像信息进行图像处理，获得玉米籽粒的分裂轮廓图像信息以及内切圆图像信息，将分裂轮廓图像信息以及内切圆图像信息进行融合分析，获得玉米籽粒的表型信息。直接对玉米籽粒的图像信息进行处理和分析，实现了玉米籽粒的表型测量的自动化，提高了玉米籽粒的表型测量的效率和准确性。

附图说明

图1为本发明实施例中玉米籽粒的表型测量方法的流程示意图；

图2为本发明实施例中玉米籽粒的表型测量系统的结构示意图；

图3为本发明实施例中又一玉米籽粒的表型测量系统的结构示意图；

图4为本发明实施例中又一玉米籽粒的表型测量方法的流程示意图。

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地描述，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做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。

图1为本发明实施例中玉米籽粒的表型测量方法的流程示意图，如图1所示，本发明实施例提供的玉米籽粒的表型测量方法包括：

r1、获取玉米籽粒的图像信息，将所述图像信息进行图像处理，进行所述玉米籽粒的预分割处理，获取所述玉米籽粒的色度二值图；

具体地，利用图像采集装置采集多粒待测量的玉米籽粒的图像信息，对采集到的图像信息进行处理，本发明实施例主要是先将玉米籽粒的图像与背景图像进行分割，对玉米籽粒作初步的预分割，并获取到玉米籽粒的色度二值图。即将采集到的图像进行基于色度的二值化处理，截取玉米籽粒的图像区域，便于后期的图像处理。

r2、根据所述色度二值图，获取所述玉米籽粒的分裂轮廓图像信息和内切圆图像信息；

具体地，获取到玉米籽粒的二值图后，由于有些玉米籽粒会粘连在一起，无法准确获取玉米籽粒的粒长和粒宽。因为籽粒粘连区域的边界在颜色和灰度上存在明显过渡性特征(颜色较暗)，本发明实施例将获取到的图像信息进行图像处理，利用递进阈值分割方法将粘连籽粒拆分开，得到各个玉米籽粒的分裂轮廓，即获得玉米籽粒的分裂轮廓信息。因为得到的玉米籽粒的分裂轮廓修改了籽粒的真实边界，后期计算玉米籽粒的几何形状时会存在一定的误差，本发明实施例增加了玉米籽粒初始轮廓的内切圆检测，即在单个玉米籽粒的初始轮廓内作内切圆，获取到玉米籽粒的内切圆图像信息。即单个玉米籽粒可以用一系列内切圆来表示，通过拟合这些内切圆的凸包多边形，得到玉米籽粒的大致形状。

r3、将所述分裂轮廓图像信息和所述内切圆图像信息进行融合分析，获得所述玉米籽粒的表型信息，其中所述表型信息包括所述玉米籽粒的百粒重信息、粒长信息和粒宽信息。

具体地，获取到玉米籽粒的分裂轮廓图像信息和内切圆图像信息后，将分裂轮廓图像信息和内切圆图像信息进行融合分析，即综合考虑玉米籽粒的分裂轮廓图像信息和内切圆图像信息，对玉米籽粒的图像信息进行分析，获得玉米籽粒的表型信息。其中玉米籽粒的表型信息包括玉米籽粒的百粒重信息、粒长信息和粒宽信息，当然还可以包括其他信息如残缺信息等，本发明实施例不作具体限定。

本发明实施例提供的玉米籽粒的表型测量方法，通过对采集到的玉米籽粒的图像信息进行图像处理，获得玉米籽粒的分裂轮廓图像信息以及内切圆图像信息，将分裂轮廓图像信息以及内切圆图像信息进行融合分析，获得玉米籽粒的表型信息。直接对玉米籽粒的图像信息进行处理和分析，实现了玉米籽粒的表型测量的自动化，提高了玉米籽粒的表型测量的效率和准确性。

在上述实施例的基础上，所述将所述图像信息进行图像处理，进行所述玉米籽粒的预分割处理，获取所述玉米籽粒的色度二值图，包括：获取所述图像信息中的有效区域，提取所述有效区域内满足亮度阈值范围和色度阈值范围的图像，获得所述色度二值图。

具体地，本发明实施例是将玉米籽粒放入托盘后进行图像采集，在进行图像处理时，首先将托盘区域以外的干扰区域去除，获取托盘的有效区域，在对有效区域对应的图像信息进行处理，抓取玉米籽粒对应的图像区域。获取托盘对应的有效区域的方法可以通过将图像取反色，获取最大的白色连通区域，利用形态学运算消除噪声，获取采集到的图像信息中的最大的独立黑色区域，将黑色区域的凸包作为托盘的有效区域。获取到托盘的有效区域后，将采集到的图像从rgb(red，green，blue)颜色空间转换成hsv(hue，saturation，value)颜色空间，在托盘的有效区域内，通过设置亮度阈值范围(v通道)过滤图像信息中的黑色区域，通过设置色度阈值范围(h通道)获取玉米籽粒的色度二值图。即获取满足亮度阈值范围和色度阈值范围的图像，其中亮度阈值范围和色度阈值范围可以根据实际情况进行设置，本发明实施例将亮度阈值范围设置为46<v<255，色度阈值范围设置为11<h<77，即v<46的像素认为是黑色像素，11<h<<77的像素认为是籽粒初始区域。

本发明实施例提供的玉米籽粒的表型测量方法，通过设置亮度阈值范围和色度阈值范围，将玉米籽粒进行的预分割，获取到玉米籽粒的图像区域，为后期做玉米籽粒的图像处理，获取玉米籽粒的表型信息做了准备。

在上述实施例的基础上，所述根据所述色度二值图，获取所述玉米籽粒的分裂轮廓图像信息，包括：将所述色度二值图进行图像处理，获得所述玉米籽粒的灰度图像；

逐渐增加亮度值，获取每一个亮度值对应的所述灰度图像中满足面积阈值的区域，根据所述区域获取所述玉米籽粒的分裂轮廓。

具体地，将获取到的玉米籽粒的色度二值图进行图像掩码处理，获取到玉米籽粒的灰度图像，由于玉米籽粒的粘连区域的边界在颜色和灰度上存在明显过渡性特征(颜色较暗)，本发明实施例利用递进阈值分割方法将粘连籽粒拆分开，得到各个籽粒的分裂轮廓。具体是通过将仅包含玉米籽粒的灰度图像，进行逐渐增加亮度值，将灰度图像进行分割，在对分割结果中的独立连通区域进行面积分析，判断该独立连通区域是否满足面积阈值，若满足，则将该独立连通区域的凸包作为单个玉米籽粒的分裂轮廓，并保存。将保存的独立连通区域从灰色图像中删除，并增加亮度值，重新分割灰色图像，直至亮度值到达255。

面积阈值包括最大面积阈值和最小面积阈值，其中最大面积阈值是指如果分割的目标区域的面积大于该值，则认为该区域还需继续分割，该值一般设置为：大于单颗籽粒最大面积、小于两颗籽粒的面积和。最小面积阈值是指如果分割目标面积小于该值，则认为该区域不能进行拆分。最大面积阈值和最小面积阈值的大小可以根据实际情况进行设置，本发明实施例不作具体限定。

例如：本发明实施例在进行玉米籽粒预分割时，将亮度值小于46的图像剔除，获取了亮度值大于等于46玉米籽粒的图像信息，再进行基于递进阈值的籽粒拆分。首先将获取到的亮度值大于等于46的玉米籽粒的色度二值图进行图像掩码处理，获取仅包含玉米籽粒的灰度图像。从亮度值为46开始，对灰度图像进行分割，获取灰度图像中独立连通的区域。判断该区域是否大于最小面积阈值小于最大面积阈值，若是，则认为该区域为单个玉米籽粒对应的图像区域，将该区域凸包作为玉米籽粒的分裂轮廓保存。将该区域从灰度图像中删除，获取到新的灰度图像，增加亮度值，具体可以将亮度值增加1，即将亮度值设置为47，对新获得的灰度图像进行分割，重复上述动作，获取亮度值为47时，灰度图像中满足面积阈值的区域作为玉米籽粒的分裂轮廓。逐渐增加亮度值，并获取每一个亮度值对应的玉米籽粒的分裂轮廓，直至亮度值达到255。

本发明实施例提供的玉米籽粒的表型测量方法，通过逐渐在增加亮度值，获取每一个亮度值对应的灰度图像中满足面积阈值的独立连通区域，并将该区域的凸包作为单个玉米籽粒的分裂轮廓。实现了粘连玉米籽粒的拆分，为后续进行玉米籽粒数量以及长宽的计算做准备，提高了玉米籽粒的表型测量的准确性。

在上述实施例的基础上，所述根据所述色度二值图，获取所述玉米籽粒的内切圆图像信息，包括：

s1、将所述色度二值图进行距离变换，获得距离图；

s2、获取所述距离图中的最大距离值，若判断获知所述最大值距离值大于半径阈值，则将所述最大距离值作为半径，作所述玉米籽粒对应的轮廓的内切圆，将所述内切圆从所述色度二值图中删除，获取新的色度二值图；

s3、重复上述步骤s1、s2，直至所述最大距离值小于所述半径阈值，获得所述内切圆图像信息。

具体地，由于基于亮度值的递进分割图像获取到的玉米籽粒的分裂轮廓，是不断通过增加亮度，使得籽粒边缘逐步收缩直到相连接的籽粒被彻底分离，但是修改了玉米籽粒的真实边界，若使用该分裂轮廓直接计算玉米籽粒的几何形状会存在一定误差。本发明实施例通过对玉米籽粒的初始轮廓进行内切圆的检测，以实现对该误差的修正和弥补。将获取到的玉米籽粒的二值图进行距离变换，得到距离图，其中距离图中的每个像素点对应的距离值为该像素点到与该像素点距离最近的零像素点之间的距离。获取该距离图中最大的距离值，判断该距离值是否大于预设的半径阈值，若大于，则将该最大距离值作为半径，作出玉米籽粒对应的轮廓的内切圆。将该内切圆从色度二值图中剔除，获取到新的色度二值图，并将新的色度二值图进行距离变换，获得新的距离图。判断新的距离图中的最大距离值是否大于预设的半径阈值，若大于，则以该最大距离值作为半径作玉米籽粒的初始轮廓的内切圆，直至最大距离值小于预设的半径阈值。即对玉米籽粒进行内切圆的填充，将单个玉米籽粒用一系列内切圆表示，获取到玉米籽粒的内切圆信息。通过拟合这些内切圆的凸包多边形，可以得到籽粒的大致形状；通过建立这些内切圆的连接关系，可以对玉米籽粒的正反面和长宽方向进行判定。

其中预设的半径阈值表示了利用内切圆描述玉米籽粒形状的精度，该半径阈值越小，填充玉米籽粒的圆越多，但是计算效率越低，因此半径阈值的设置可以根据实际情况而定，本发明实施例不作具体限定，本发明实施例中该半径阈值最小可以设置为3个像素。

本发明实施例提供的玉米籽粒的表型测量方法，将单个玉米籽粒用一系列的内切圆进行表示，通过不同大小的内切圆描述了玉米籽粒的形状细节，通过拟合这些内切圆的凸包多边形，可以得到籽粒的大致形状；通过建立这些内切圆的连接关系，可以对玉米籽粒的正反面和长宽方向进行判定。提高了玉米籽粒的表型测量的准确性和效率。

在上述实施例的基础上，所述将所述分裂轮廓图像信息和所述内切圆图像信息进行融合分析，包括：

根据所述分裂轮廓图像信息和所述内切圆图像信息，获取所述分裂轮廓图像信息中的分裂轮廓和所述内切圆图像信息中的内切圆的位置形状对应关系，所述位置形状对应关系包括相交和包含；

根据所述位置形状对应关系将所述分裂轮廓和所述内切圆进行分类，将所述分裂轮廓和其对应的类型、所述内切圆和其对应的类型存储在分裂轮廓-内切圆查找表中。

具体地，分裂轮廓是对籽粒真实边界进行收缩(为了拆分粘连籽粒)的结果，而且各个籽粒收缩程度并不相同，因此分裂轮廓实际上表示了籽粒收缩后的区域。然而，在递进阈值分割中粘连区域的单个籽粒可能被分裂成两个部分，尤其当相邻籽粒的胚层区域靠近在一起的时候，靠近的部分整体亮度较高，使得这个粘连区域很可能被识别为独立籽粒。内切圆是基于籽粒初始分割结果得到的，与籽粒内部颜色纹理无关，能够描述出籽粒原始外边界和形状。因此，将玉米籽粒的内切圆图像信息与分裂轮廓图像信息结合起来，可以实现对分裂轮廓的有效性检测和判定。

本发明实施例利用分裂轮廓和内切圆的特征，即利用分裂轮廓确定玉米籽粒的独立性，利用内切圆定义籽粒真实边界和内部关系，从而可以根据内切圆与分裂轮廓间的位置形状关系建立分裂轮廓-内切圆查找表。具体根据分裂轮廓图像信息和所述内切圆图像信息，根据分裂轮廓的形状和位置特征，获取分裂轮廓和内切圆的位置形状对应关系，位置形状对应关系包括相交和包含，当然还可以包括其他对应关系，本发明实施例不作具体限定。根据获取到的分裂轮廓和内切圆的位置形状对应关系，将分裂轮廓和内切圆进行分类，并将分裂轮廓及其对应的类型，内切圆及其对应的类型存储在分裂轮廓-内切圆查找表中。

本发明实施例提供的玉米籽粒的表型测量方法，根据分裂轮廓和内切圆的位置特征和形状特征，建立分裂轮廓-内切圆查找表，为后期进行玉米籽粒的表型测量和计算做了准备，提高了玉米籽粒的表型测量的准确性。

在上述实施例的基础上，所述根据所述位置形状对应关系将所述分裂轮廓和所述内切圆进行分类，包括：

根据内切圆匹配的分裂轮廓的数量将所述内切圆分为零匹配内切圆、一匹配内切圆和多匹配内切圆；

根据分裂轮廓包含的内切圆的数量将所述分裂轮廓分为零包含分裂轮廓、一包含分裂轮廓和多包含分裂轮廓。

具体地，根据分裂轮廓-内切圆查找表获取每个内切圆匹配的分裂轮廓的数量，并根据内切圆匹配的分裂轮廓的数量将所述内切圆分为零匹配内切圆、一匹配内切圆和多匹配内切圆。获取分裂轮廓-内切圆查找表中各个分裂轮廓包含的内切圆的数量，并根据分裂轮廓包含的内切圆的数量将分裂轮廓分为零包含分裂轮廓、一包含分裂轮廓和多包含分裂轮廓。

其中，零匹配内切圆是指该内切圆没有匹配任何分裂轮廓，表示该内切圆对应的区域在进行籽粒拆分后消失了，没有匹配的分裂轮廓，该区域一般为籽粒边界区域(半径较小、亮度较低)，对所有内切圆的半径和亮度进行聚类分析得到内切圆的平均半径和平均亮度，由此判定该类型的内切圆是否可归类为一个有效籽粒。一匹配内切圆是指匹配了一个分裂轮廓的内切圆，是常见的内切圆的类型。多匹配内切圆是指匹配了2个以上分裂轮廓的内切圆，表示该内切圆位于相邻分裂轮廓的相交区域上，对应着玉米籽粒间的粘连边界，该内切圆半径较大、亮度较高。

其中，零包含分裂轮廓是指该分裂轮廓内没有包含任何内切圆；一包含分裂轮廓是指该分裂轮廓内包含了一个内切圆，表示分裂轮廓与内切圆形状吻合度较高，对应的玉米籽粒一般与其他籽粒都不接触、且其形状接近圆形；多包含分裂轮廓是指该分裂轮廓包含了2个以上内切圆，对于这种情况，本发明实施例进一步判定该分裂轮廓包含的内切圆是否为多匹配内切圆，如果是，则该内切圆将不会纳入该玉米籽粒的形状计算。

本发明实施例提供的玉米籽粒的表型测量方法，根据分裂轮廓和内切圆的位置特征和形状特征，获取分裂轮廓和内切圆的对应关系，根据分裂轮廓包含的内切圆的数量对分裂轮廓进行分类，根据内切圆匹配的分裂轮廓的数量对内切圆进行分类，再根据各个分裂轮廓以及内切圆的类型进行玉米籽粒的表型的测量和计算，提高了玉米籽粒的表型测量的准确性。

在上述实施例的基础上，所述获得所述玉米籽粒的表型信息，包括：

根据所述分裂轮廓-内切圆查找表和公式n＝c0+c1+c2+r0-r2计算所述玉米籽粒的数量，式中：c0表示所述零包含分裂轮廓的数量，c1表示所述一包含分裂轮廓的数量，c2表示所述多包含分裂轮廓的数量，r0表示所述零匹配内切圆的数量，r2表示所述零匹配内切圆的数量；

根据计算获得的玉米籽粒的数量，获得所述玉米籽粒的百粒重信息。

具体地，将内切圆和分裂轮廓进行分类并存储在分裂轮廓-内切圆查找表后，根据分裂轮廓-内切圆查找表获取零包含分裂轮廓的数量，一包含分裂轮廓的数量，多包含分裂轮廓的数量，零匹配内切圆的数量和零匹配内切圆的数量，并根据公式n＝c0+c1+c2+r0-r2计算出采集到的图像信息中的玉米籽粒的数量。式中：c0表示零包含分裂轮廓的数量，一般为0；c1表示一包含分裂轮廓的数量，即包含1个内切圆的分裂轮廓数量；c2表示多包含分裂轮廓的数量，即包含多个内切圆的分裂轮廓数量；r0表示零匹配内切圆的数量，即不属于任何分裂轮廓、且其半径和亮度均值满足聚类阈值的内切圆数量；r2表示零匹配内切圆的数量，即同时与2个以上分裂轮廓相交的内切圆数量。根据获取到的玉米籽粒的数量获取玉米籽粒的百粒重信息，具体可以通过获取图像信息中所有玉米籽粒的总重量，将获取到的玉米籽粒的数量除以该总重量再乘以100所得的值，作为玉米籽粒的百粒重信息。上述公式可以看出，玉米籽粒的数量统计以分裂轮廓计算为主，利用内切圆的位置和形状属性进行籽粒数量修正。

本发明实施例提供的玉米籽粒的表型测量方法，根据不同类型的分裂轮廓色数量以及不同类型的内切圆的数量，计算出玉米籽粒的总数量，提高了玉米籽粒的数量计算的准确性，进一步提高了玉米籽粒的表型测量的准确性。

在上述实施例的基础上，所述获得所述玉米籽粒的表型信息包括：

根据所述分裂轮廓及与所述分裂轮廓存在位置形状对应关系的内切圆，构造像素点集；

获取所述像素点集内所有像素点的凸包多边形，根据所述凸包多边形获得所述玉米籽粒的方向包围盒；

根据所述方向包围盒的长度和宽度获取所述玉米籽粒的粒长信息和粒宽信息。

具体地，获得玉米籽粒的分裂轮廓图像信息和内切圆图像信息后，将分裂轮廓图像信息和内切圆图像信息进行融合分析，获得各分裂轮廓与内切圆之间的位置形状对应关系。以玉米籽粒对应的分裂轮廓以及与该分裂轮廓相关的内切圆构造像素点集，计算像素点集内所有像素点的凸包多边形，根据获得的凸包多边形获得玉米籽粒对应的方向包围盒。将该方向包围盒的长和宽分别作为玉米籽粒的长和宽，再结合根据玉米籽粒的正反面等信息获得玉米籽粒长短轴方向，获得玉米籽粒的粒长信息和粒宽信息。具体可以在玉米籽粒的图像信息中的有效区域内，根据颜色可将玉米籽粒表面分为两个主要区域，即籽粒的糊粉层(黄色等)区域和胚层(白色)区域。其中，籽粒正面指的是指胚层面积较大的一面，而反面则为胚层面积较小的一面。因此对玉米籽粒的图像信息中的有效区域内的像素进行基于色度的聚类分析，将玉米籽粒分成两个大的区域，然后统计籽粒冠部区域像素的数量占比，进而根据胚层面积占比来确定图像所拍摄籽粒的正反面。在对籽粒内部像素进行基于色度的聚类分析后得到的糊粉层区域和胚层区域，然后分别计算两个区域的形状中心，形状中心的连线即定义出了籽粒的长轴方向，结合获得的玉米籽粒的方向包围盒，对籽粒的长度和宽度进行修正。

在获得有效籽粒的单个玉米籽粒的粒长和粒宽后，分别对玉米籽粒的粒长和粒宽进行排序，设置用于统计籽粒长宽的籽粒数量比例，比如30％，则可以从排序结果取中间30％的玉米籽粒来统计籽粒的平均长宽，获得玉米籽粒的粒长信息和粒宽信息。其中进行统计获得玉米籽粒的平均长宽的方法，还可以是其他方法，本发明实施例不作具体限定。

本发明实施例提供的玉米籽粒的表型测量方法，根据分裂轮廓和内切圆的位置特征和形状特征，拟合出玉米籽粒的真实边界，获得玉米籽粒的方向包围盒，进一步获得玉米籽粒的粒长信息和粒宽信息。提高了玉米籽粒的表型测量的准确性和效率。

图2为本发明实施例中玉米籽粒的表型测量系统的结构示意图，如图2所示，玉米籽粒的表型测量系统包括：相互连接的图像采集装置20和图像处理装置21，图像采集装置20用于获取玉米籽粒的图像信息，图像处理装置21用于将所述图像信息进行图像处理，其中图像处理装置21包括：

图像色度处理模块211，用于将所述图像信息进行图像处理，进行所述玉米籽粒的预分割处理，获取所述玉米籽粒的色度二值图；

图像轮廓处理模块212，用于根据所述色度二值图进行基于递进阈值的籽粒拆分和基于初始轮廓的内切圆检测，分别获得所述玉米籽粒的分裂轮廓图像信息和内切圆图像信息；

图像融合处理模块213，用于将所述分裂轮廓图像信息和所述内切圆图像信息进行融合分析，获得所述玉米籽粒的表型信息，其中所述表型信息包括所述玉米籽粒的百粒重信息、粒长信息和粒宽信息。

具体地，本发明实施例提供的玉米籽粒的表型测量系统，包括图像采集装置20，用于采集玉米籽粒的图像信息，其具体可以是一部照相机或摄像机，也可以是包括照相机或摄像机等用于采集图像信息的其他装置，本发明实施例不作具体限定。图像采集装置20与图像处理装置21连接，并将采集到的图像信送至图像处理装置21，图像处理装置21对接收到的图像信息进行图像处理，并获得玉米籽粒的百粒重信息、粒长信息和粒宽信息等表型信息。其中图像处理装置21包括图像色度处理模块211、图像轮廓处理模块212和图像融合处理模块213，图像色度处理模块211将采集到的图像进行基于色度的二值化处理，截取玉米籽粒的图像区域，对玉米籽粒作初步的预分割，并获取到玉米籽粒的色度二值图。图像轮廓处理模块212利用递进阈值分割方法将粘连籽粒拆分开，得到各个玉米籽粒的分裂轮廓，即获得玉米籽粒的分裂轮廓信息，并在单个玉米籽粒的初始轮廓内作内切圆，获取到玉米籽粒的内切圆图像信息。即图像轮廓处理模块212将单个玉米籽粒用一系列内切圆来表示，通过拟合这些内切圆的凸包多边形，得到玉米籽粒的大致形状。图像融合处理模块213将分裂轮廓图像信息和内切圆图像信息进行融合分析，即综合考虑玉米籽粒的分裂轮廓图像信息和内切圆图像信息，对玉米籽粒的图像信息进行分析，获得玉米籽粒的表型信息如：百粒重信息、粒长信息和粒宽信息等。

需要说明的是，图像处理装置中的各个模块用于执行上述方法，具体实施方式同上述实施例一致，此处不再赘述。

本发明实施例提供的玉米籽粒的表型测量系统，通过对采集到的玉米籽粒的图像信息进行图像处理，获得玉米籽粒的分裂轮廓图像信息以及内切圆图像信息，将分裂轮廓图像信息以及内切圆图像信息进行融合分析，获得玉米籽粒的表型信息。直接对玉米籽粒的图像信息进行处理和分析，实现了玉米籽粒的表型测量的自动化，提高了玉米籽粒的表型测量的效率和准确性。

图3为本发明实施例中又一玉米籽粒的表型测量系统的结构示意图，如图3所示，在上述实施例的基础上，图像采集装置10包括：考种折叠架101，考种折叠架101上设置有带有托盘的电子天平102；

考种折叠架101的一端固定连接有高度升降架103，高度升降架103上设置有水平位移架104，用于沿高度升降架103上下移动以及沿水平方向移动；

水平位移架104上设置有光源105和图像采集模块106，用于采集所述玉米籽粒的图像信息；

图像采集模块106和电子天平102分别与图像处理装置11连接，分别用于将采集到的所述图像信息和玉米籽粒的重量信息发送至图像处理装置11。

具体地，如图3所示，本发明实施例提供的玉米籽粒的表型测量系统的图像采集装置中包括作为底板的考种折叠架101，在考种折叠架101的上表面设置带有托盘的电子天平102，电子天平102可固定或者放置在底板即考种折叠架101上，提供多种量程规格；电子天平102上的籽粒托盘1021可以为黑色哑光材料，并可以为多个尺寸规格，以容纳不同数量籽粒(100粒、200粒、300粒等)，在靠近籽粒托盘1021角点位置有白色标准校正块1022，用于自动校正图像畸变和图像分辨率。作为底板的考种折叠架101一端固定处置连接有高度升降架103，水平位移架104用滑动构件固定在高度升降架103上，高度升降架103和水平位移架104可以设置为可折叠的结构，方便携带。图像采集模块106如可以为相机和光源105分别用滑动构件固定在水平位移架104上，可以沿水平位置架104移动，其中图像采集模块106的光轴垂直向下、光源105灯头照向托盘，光线明暗与方向可调，适应不同环境光照条件。图像采集模块106和电子天平102连接数据处理装置11，如计算机或单片机等，可以用于处理数据的装置，数据处理装置11控制籽粒的图像信息和重量数据同步采集，并调用玉米籽粒表型计算模块执行玉米籽粒的表型分析。

本发明实施例提供的玉米籽粒的表型测量系统，其中的图像采集装置，图像采集模块和光源可升降、角度可调的简单装置，通过调节摄像头高度来控制成像区域大小，实现大批量玉米籽粒快速测量，也可实现小批量籽粒的高分辨率检测，提高了玉米籽粒的表型测量的效率。

图4为本发明实施例中又一玉米籽粒的表型测量方法的流程示意图，如图4所示，本发明实施例利用上述图3所示的玉米籽粒的表型测量系统，进行玉米籽粒的表型测量的方法包括：

t1、采集籽粒图像信息。根据待测籽粒数量选用适合尺寸的籽粒托盘，置于电子天平上；连接图像采集模块和重量传感器即电子天平的数据线，开启光源、相机、重量传感器，调节高度升降架和水平位移架使得图像采集模块的视场能够尽量覆盖托盘区域，调节光源亮度和角度使得拍摄的籽粒颜色接近人眼观察，即完成系统启动工作。触发软件图像采集操作，拍摄当前籽粒图像，获取玉米籽粒的图像信息。

t2、获取实时重量数据。在获取玉米籽粒的头像信息的同时，读取电子天平的实时重量数据(已经去除托盘重量)，为计算玉米籽粒的百粒重信息做准备。

t3、图像校正并计算图像分辨率。检测采集到的图像信息中托盘上白色圆形校正块，进行图像畸变分析，并计算像素分辨率。

其中，检测白色圆形校正块，是利用hough变换(是一种使用表决原理的参数估计技术)检测图像中圆形，然后通过校正块的半径阀值过滤掉无效圆即得到代表校正块的系列圆，分别计算出圆的半径，进行畸变分析。其中校正块半径阀值，是图像采集模块在最高位置和最低位置上拍摄校正块图像计算得到的最小与最大圆半径。图像畸变分析，是根据从图像中检测到的系列圆半径来判定托盘是否正确摆放。如果图像中检测到两个以上校正块，则比较这些校正块的圆半径之间的误差是否在一定范围内如可以设值误差为3％，如果超过该误差，则判定籽粒托盘摆放位置不合理，即籽粒托盘可能未放平、托盘中心与相机光轴唯一偏差较大，给出预警和提示；如果没有校正块，则默认使用上次校正结果，除非手工校正。

因为在计算玉米籽粒的百粒重、粒长和粒宽等信息时，使用的单位是像素，最终需要转化为重量单位或长度单位，因此需要计算玉米籽粒图像的像素分辨率。具体方法可以是，将已知标准校正块的半径除以检测到的圆半径，即得到图像的像素分辨率(cm/像素)。该值与相机成像高度直接相关，一旦调节了相机升降架，需要重新校正像素分辨率。

t4、基于色度控制的籽粒分割。将托盘区域以外的干扰区域去除，获取托盘的有效区域，在对有效区域对应的图像信息进行处理，抓取玉米籽粒对应的图像区域，通过设置色度阈值范围，获取玉米籽粒的色度二值图。获得玉米籽粒的色度二值图后，分别执行步骤t5和t6。

t5、基于递进阈值的籽粒拆分。将获取到的玉米籽粒的色度二值图进行图像掩码处理，获取到玉米籽粒的灰度图像，通过将仅包含玉米籽粒的灰度图像，进行逐渐增加亮度值，将灰度图像进行分割，获取每一个亮度值对应的灰度图像中满足面积阈值的独立连通区域，并将该区域的凸包作为单个玉米籽粒的分裂轮廓。

t6、基于初始轮廓的内切圆检测。将获取到的玉米籽粒的二值图进行距离变换，得到距离图，根据距离图作玉米籽粒的初始轮廓的内切圆。即对玉米籽粒进行内切圆的填充，将单个玉米籽粒用一系列内切圆表示，获取到玉米籽粒的内切圆信息。

t7、分裂轮廓与内切圆融合分析。根据所述分裂轮廓图像信息和所述内切圆图像信息，获取内切圆与分裂轮廓的位置形状对应关系，建立分裂轮廓-内切圆查找表。再根据分裂轮廓-内切圆查找表获取玉米籽粒的表型信息，执行步骤t8和t10。

t8、籽粒数量统计分析。根据分裂轮廓-内切圆查找表中玉米籽里的分裂轮廓与内切圆的位置形状对应关系，对分裂轮廓与内切圆进行分类，并根据各类型分裂轮廓与内切圆的数量，计算图像信息中的玉米籽粒的总数量。

t9、计算百粒重。结合步骤t2获得的玉米籽粒的总重量，根据获得的玉米籽粒的总数量，计算出玉米籽粒的百粒重。

t10、玉米籽粒的长宽统计。将玉米籽粒的分裂轮廓图像信息和内切圆图像信息进行融合分析，获取玉米籽粒对应的方向包围盒，再结合根据玉米籽粒的正反面等信息获得玉米籽粒长短轴方向，获得玉米籽粒的粒长信息和粒宽信息。将有效籽粒的单个玉米籽粒的粒长和粒宽进行排序统计，获得玉米籽粒的平均长宽。

本发明实施例提供的玉米籽粒的表型测量方法及系统，结构能简单，方便操作和携带，并且基于分裂轮廓和内切圆的方法，实现玉米籽粒精准计数和形状测量，突破复杂籽粒粘连、籽粒长宽判定等技术难点，准确计算出粒长、粒宽、百粒重等重要籽粒表型参数,为玉米籽粒批量考种提供低成本、高效率、灵活的考种设备。

最后应说明的是：以上实施例仅用以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；而这些修改或者替换，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。