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A Strategy for the Acquisition and Analysis of Image-Based Phenome in Rice during the Whole Growth Period

Plant Phenomics 2023年第3期5卷 447-459页

作者： Zhixin Tang Zhuo Chen Yuan Gao Ruxian Xue zedong geng Qingyun Bu Yanyan Wang Xiaoqian Chen Yuqiang Jiang Fan Chen Wanneng Yang Weijuan Hu Institute of Genetics and Developmental Biology Chinese Academy of SciencesBeijing 100101China National Key Laboratory of Crop Genetic Improvement National Center of Plant Gene Research(Wuhan)Hubei Hongshan LaboratoryHuazhong Agricultural UniversityWuhan 430070China Northeast Institute of Geography and Agroecology Key Laboratory of Soybean Molecular Design BreedingChinese Academy of SciencesHarbin 150081China

As one of the most widely grown crops in the world,rice is not only a staple food but also a source of calorie intake for more than half of the world's population,occupying an important position in China's agricultural ***,determining the inner potential connections between the genetic mechanisms and phenotypes of rice using dynamic analyses with high-throughput,nondestructive,and accurate methods based on high-throughput crop phenotyping facilities associated with rice genetics and breeding research is of vital *** this work,we developed a strategy for acquiring and analyzing 58 image-based traits(i-traits)during the whole growth period of *** to 84.8%of the phenotypic variance of the rice yield could be explained by these i-traits.A total of 285 putative quantitative trait loci(QTLs)were detected for the i-traits,and principal components analysis was applied on the basis of the i-traits in the temporal and organ dimensions,in combination with a genome-wide association study that also isolated ***,the differences among the different population structures and breeding regions of rice with regard to its phenotypic traits demonstrated good environmental adaptability,and the crop growth and development model also showed high inosculation in terms of the breeding-region *** summary,the strategy developed here for the acquisition and analysis of image-based rice phenomes can provide a new approach and a different thinking direction for the extraction and analysis of crop phenotypes across the whole growth period and can thus be useful for future genetic improvements in rice.

关键词： breeding crops Whole

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Panicle-3D: A low-cost 3D-modeling method for rice panicles based on deep learning, shape from silhouette, and supervoxel clustering

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The Crop Journal 2022年第5期10卷 1386-1398页

作者： Dan Wu Lejun Yu Junli Ye Ruifang Zhai Lingfeng Duan Lingbo Liu Nai Wu zedong geng Jingbo Fu Chenglong Huang Shangbin Chen Qian Liu Wanneng Yang Britton Chance Center for Biomedical Photonics Wuhan National Laboratory for Optoelectronicsand Key Laboratory of Ministry of Education for Biomedical PhotonicsDepartment of Biomedical EngineeringHuazhong University of Science and TechnologyWuhan 430074HubeiChina School of Biomedical Engineering Hainan UniversityHaikou 570228HainanChina National Key Laboratory of Crop Genetic Improvement National Center of Plant Gene ResearchHuazhong Agricultural UniversityWuhan 430070HubeiChina

Self-occlusions are common in rice canopy images and strongly influence the calculation accuracies of panicle traits. Such interference can be largely eliminated if panicles are phenotyped at the 3 D *** on 3 D panicle phenotyping has been limited. Given that existing 3 D modeling techniques do not focus on specified parts of a target object, an efficient method for panicle modeling of large numbers of rice plants is lacking. This paper presents an automatic and nondestructive method for 3 D panicle modeling. The proposed method integrates shoot rice reconstruction with shape from silhouette, 2 D panicle segmentation with a deep convolutional neural network, and 3 D panicle segmentation with ray tracing and supervoxel clustering. A multiview imaging system was built to acquire image sequences of rice canopies with an efficiency of approximately 4 min per rice plant. The execution time of panicle modeling per rice plant using 90 images was approximately 26 min. The outputs of the algorithm for a single rice plant are a shoot rice model, surface shoot rice model, panicle model, and surface panicle model, all represented by a list of spatial coordinates. The efficiency and performance were evaluated and compared with the classical structure-from-motion algorithm. The results demonstrated that the proposed method is well qualified to recover the 3 D shapes of rice panicles from multiview images and is readily adaptable to rice plants of diverse accessions and growth stages. The proposed algorithm is superior to the structure-from-motion method in terms of texture preservation and computational efficiency. The sample images and implementation of the algorithm are available online. This automatic, cost-efficient, and nondestructive method of 3 D panicle modeling may be applied to high-throughput 3 D phenotyping of large rice populations.

关键词： Panicle phenotyping Deep convolutional neural network 3D reconstruction Shape from silhouette Point-cloud segmentation Ray tracing Supervoxel clustering

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基于机器视觉辣椒截面性状提取方法

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中国农业科技导报 2021年第2期23卷 105-114页

作者：耿泽栋杨万能李峰戴雄泽欧立军邹学校冯慧华中农业大学植物科学技术学院武汉430070 华中农业大学园林学院武汉430070 湖南农业科学院长沙410125 湖南农业大学园艺园林学院长沙410128 华中农业大学信息学院武汉430070

利用机器视觉技术快速分析研究辣椒的农艺性状,可以为辣椒选育提供依据,后续为辣椒遗传育种和功能基因组分析打下坚实的基础。基于Labview、Visual Studio和OpenCV软件编写了一套对辣椒横切和纵切截面农艺性状的分析程序。对辣椒截面图... 详细信息

利用机器视觉技术快速分析研究辣椒的农艺性状,可以为辣椒选育提供依据,后续为辣椒遗传育种和功能基因组分析打下坚实的基础。基于Labview、Visual Studio和OpenCV软件编写了一套对辣椒横切和纵切截面农艺性状的分析程序。对辣椒截面图像进行分析处理,对横截面提取外轮廓、内轮廓、心室图、褶皱图形等图像,对纵截面提取辣椒骨架、果肉端点、果柄中线等操作。对这些图像进行分析和数据提取,提取出横截面的直径Dx和Dy、圆形度DC、果肉厚度T、心室个数H、横向褶皱VWN/VWD等参数,提取纵截面的中长线Y、肩宽X1、胸宽X2、腹宽X3、尖宽X4、中线形状等参数。实现了对辣椒截面农艺性状的自动化、高通量提取。

关键词：辣椒图像处理横切纵切

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基于轮廓投影的盆栽水稻三维重建方法研究

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中国农业科技导报 2020年第9期22卷 87-95页

作者：吴丹叶军立王康耿泽栋付晶波刘凌波杨万能华中农业大学工学院作物遗传改良国家重点实验室武汉430070 华中科技大学武汉光电国家研究中心生物医学光子学部武汉430074

近几年,基于图像的高通量水稻表型研究取得了极大进展,但从三维层面进行研究的工作则相对较少。一般而言,相对于二维图像,从三维模型中能提取更为全面的性状参数。三维模型重建是作物三维表型研究的基础,提出一种适用于盆栽水稻三维点... 详细信息

近几年,基于图像的高通量水稻表型研究取得了极大进展,但从三维层面进行研究的工作则相对较少。一般而言,相对于二维图像,从三维模型中能提取更为全面的性状参数。三维模型重建是作物三维表型研究的基础,提出一种适用于盆栽水稻三维点云的重建方法。该方法在相机固定、样本旋转的拍摄模式下获取水稻多视角图像,根据相机标定参数以及水稻轮廓二值图,通过轮廓投影方法重建水稻三维可视外壳点云模型,并通过反投影方法进行点云着色。结果表明,该方法对于不同时期及不同品种的水稻样本均能取得较好重建效果。

关键词：水稻表型三维重建可视外壳

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棉织物的3-氨丙基三乙氧基硅烷阻燃整理

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纺织学报 2021年第10期42卷 107-114页

作者：刘淑萍李亮刘让同胡泽栋耿长军中原工学院河南郑州450007 纺织服装产业河南省协同创新中心河南郑州450007 河南省功能纺织材料重点实验室河南郑州450007

为赋予棉织物阻燃性及阻燃耐水洗性,以3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)、聚磷酸铵和壳聚糖为阻燃剂采用层层自组装的方法对其进行阻燃整理,研究了APTES质量分数对织物的阻燃性、耐水洗性、舒适性和物理力学性能的影响。结果表明:随着APTES... 详细信息

为赋予棉织物阻燃性及阻燃耐水洗性,以3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)、聚磷酸铵和壳聚糖为阻燃剂采用层层自组装的方法对其进行阻燃整理,研究了APTES质量分数对织物的阻燃性、耐水洗性、舒适性和物理力学性能的影响。结果表明:随着APTES质量分数的增加,整理织物的燃烧放热行为逐渐缓解,极限氧指数逐渐增加,透气性、白度和断裂强力都有所降低;当APTES质量分数为13%时,垂直燃烧的续燃时间和阴燃时间分别从未整理的8.15 s和20.32 s降至了5.23 s和2.21 s,残炭量从5.6%增至14.7%;水洗后整理织物的阻燃性能有所下降,但仍优于未整理的棉织物。

关键词：阻燃整理层层自组装 3-氨丙基三乙氧基硅烷棉织物聚磷酸铵壳聚糖

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涤纶织物的氧化石墨烯负载及其抗静电性能

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纺织学报 2020年第9期41卷 102-107页

作者：李亮刘静芳胡泽栋耿长军刘让同纺织服装河南省协同创新中心河南郑州451191 河南省功能纺织材料重点试验室河南郑州451191 中原工学院纺织学院河南郑州451191 中原工学院服装学院河南郑州451191

为解决涤纶织物的易起静电问题,通过多巴胺原位聚合和氧化石墨烯循环浸渍层层自组装负载实现其抗静电功能,制备一种涤纶基抗静电织物。借助扫描电子显微镜、红外光谱仪、织物静电测试仪等表征织物的结构和抗静电性能。结果表明:多巴胺... 详细信息

为解决涤纶织物的易起静电问题,通过多巴胺原位聚合和氧化石墨烯循环浸渍层层自组装负载实现其抗静电功能,制备一种涤纶基抗静电织物。借助扫描电子显微镜、红外光谱仪、织物静电测试仪等表征织物的结构和抗静电性能。结果表明:多巴胺的引入有利于氧化石墨烯的负载,同时增加织物表面的亲水基团,直接改善涤纶织物的抗静电性能;当氧化石墨烯质量浓度低于20 g/L时,随着其质量浓度的增加,织物的抗静电性能逐渐提高,当质量浓度保持在15 g/L时,平纹涤纶织物的表面静电压和半衰期分别为1156 V、1.210 s,斜纹涤纶织物的表面静电压和半衰期则为1243 V、1.510 s;经15次水洗,平纹涤纶织物的表面静电压和半衰期仍能达到1179 V和1.290 s,斜纹涤纶织物表面静电压和半衰期可达1263 V和1.580 s。

关键词：涤纶织物多巴胺氧化石墨烯抗静电性抗静电整理

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长期不同耕作方式与秸秆还田对稻田镉生物有效性的影响

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农业环境科学学报 2021年第9期40卷 1888-1896页

作者：龙泽东孙梅罗尊长孙耿李超肖小平湖南省农业科学院土壤肥料研究所长沙410125

以湖南省典型双季稻区的土壤-水稻系统为研究对象,通过长期田间连续定位试验,研究不同耕作方式和秸秆还田对土壤-水稻系统镉生物有效性的影响。试验采用随机区组设计,共设4个处理:翻耕+秸秆不还田(CT);翻耕+秸秆还田(CTS);旋耕+秸秆还田... 详细信息

以湖南省典型双季稻区的土壤-水稻系统为研究对象,通过长期田间连续定位试验,研究不同耕作方式和秸秆还田对土壤-水稻系统镉生物有效性的影响。试验采用随机区组设计,共设4个处理:翻耕+秸秆不还田(CT);翻耕+秸秆还田(CTS);旋耕+秸秆还田(RTS);免耕+秸秆还田(NTS)。结果表明:NTS处理增加了土壤阳离子交换量,降低了粉粒的比例。NTS处理土壤总镉和离子交换态镉含量分别为(0.48±0.01)mg·kg^(-1)和(0.39±0.01)mg·kg^(-1),与CTS和RTS处理均无显著差异,但显著高于CT处理。NTS处理早稻和晚稻糙米总镉含量分别高达(0.30±0.04)mg·kg^(-1)和(0.60±0.07)mg·kg^(-1),超过0.20 mg·kg^(-1)的国家食品安全标准(GB 2762—2017),且显著高于其他处理。水稻糙米中总镉含量和土壤总镉、碳酸盐结合态镉和铁锰氧化物结合态镉含量显著正相关。研究表明,耕作强度越弱土壤中镉的生物有效性越高,秸秆还田相对于不还田处理增加了镉的生物有效性。耕作方式和秸秆还田通过影响土壤镉生物有效性进而影响水稻镉含量,免耕秸秆还田增加了土壤和水稻糙米中的镉,带来了镉超标的安全问题。

关键词：耕作方式秸秆还田双季稻镉生物有效性

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On Mao zedong＇s Predictive Power

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International English Education Research 2017年第6期 108-111页

作者： geng Hong Nanjing Normal University Jiangsu Nanjing 210097

Mao zedong had an amazing ability to predict, and many predictions had become reality, which made great contributions to the Chinese revolution and construction. The gifted predictive power ofMao zedong was not baseless, and nor did it fall from the shy, which was inseparable from Mao zedong＇s personalities. It was his product to be long engaged in the researches and investigations, the revolutionary struggle and other social practice, which was also the individual character endowed by the basic principles of the dialectical materialism and the historical materialism. The college students should cultivate their accurate predictive abilities, correctly plan their life. and rationally arrange their lives, studies and work, to contribute their youth to building the socialism with the Chinese characteristics.

关键词： Mao zedong predictive power college students

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中空纤维的压溃模型与结构稳定性

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材料科学与工程学报 2021年第4期39卷 609-614,651页

作者：耿长军刘让同胡泽栋李小倩冯艳中原工学院服装学院河南郑州451191 纺织服装河南省协同创新中心河南郑州451191 河南省功能纺织材料重点试验室河南郑州451191

基于四铰链变形理论推导了中空纤维的压溃载荷,利用有限元方法模拟分析了结构参数对中空纤维压缩行为的影响,探究其结构稳定性规律。研究结果表明,中空纤维的压溃不仅与压缩变形量有关,还与材料因子、结构因子有关;纤维内径相同时,麻纤... 详细信息

基于四铰链变形理论推导了中空纤维的压溃载荷,利用有限元方法模拟分析了结构参数对中空纤维压缩行为的影响,探究其结构稳定性规律。研究结果表明,中空纤维的压溃不仅与压缩变形量有关,还与材料因子、结构因子有关;纤维内径相同时,麻纤维的屈服载荷最大(947.7 MPa),锦纶的则最小(28.237 MPa),羊毛、腈纶和醋酯纤维材料的较接近(100 MPa);中空度越大、纤维半径越小越容易被压溃;中空纤维的两向径向压缩行为表现出明显的阶段性特征,分别为圆形、椭圆形、跑道圆形、内凹花生形和8字形变化;压溃屈服不集中在某个点上,而是分布在椭圆压缩期到跑道圆压缩期的屈服过程中,只有当屈服积累到一定数量才会出现整体的压溃。本研究结果可为中空纤维结构稳定性调控提供一定的依据。

关键词：中空纤维压溃模型屈服载荷中空度结构稳定性

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基于响应面法的静电纺PVDF膜工艺优化及疏水性

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工程塑料应用 2018年第12期46卷 71-78页

作者：廖喜林刘让同耿长军胡泽栋李小倩中原工学院服装学院郑州450007 纺织服装河南省协调创新中心郑州450007 河南省功能纺织材料重点实验室郑州450007

为进一步提高聚偏氟乙烯(PVDF)静电纺纳米膜的质量,选择通过纺丝工艺的优化来达到目的。以纺液质量分数、电压、纺距和纺速作为考察变量,以纤维的平均直径、直径变异系数和接触角为指标。在前期单因素实验研究基础上,采用响应面分析法... 详细信息

为进一步提高聚偏氟乙烯(PVDF)静电纺纳米膜的质量,选择通过纺丝工艺的优化来达到目的。以纺液质量分数、电压、纺距和纺速作为考察变量,以纤维的平均直径、直径变异系数和接触角为指标。在前期单因素实验研究基础上,采用响应面分析法建立各因素对各个指标影响的回归模型,并进行了验证实验。结果表明,模型极显著,拟合度、可信度和精确度高,通过对回归模型的求解和综合考虑,得到优化的工艺条件为纺液质量分数18%、电压21.06kV、纺距15.8cm、进液速度0.6mL/h时,纺得PVDF膜的质量良好,其直径变异系数为0.067 2,接触角为145°。

关键词：静电纺丝聚偏氟乙烯膜响应面分析法工艺优化

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