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基于机器视觉技术的小麦种子活力检测技术方法研究

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基于机器视觉技术的小麦种子活力检测技术方法研究

作者：吴旭东中北大学

学位级别：硕士

要提高我国的种业市场竞争力,种子质量是关键。种子活力检测是提高种子质量的重要环节。种子活力是衡量种子播种质量的一项重要指标,高活力种子对实际农业生产具有非常重要的意义,因此,测定种子活力显得十分重要。通过查找文献总结前人... 详细信息

要提高我国的种业市场竞争力,种子质量是关键。种子活力检测是提高种子质量的重要环节。种子活力是衡量种子播种质量的一项重要指标,高活力种子对实际农业生产具有非常重要的意义,因此,测定种子活力显得十分重要。通过查找文献总结前人的实验方法,传统的种子活力检测方法都是由专业的技术员手工检测,主观性较大且效率低。传统的发芽法测定种子活力的具体方法是采用标准发芽试验,逐日记载发芽种子数,发芽试验结束后测定正常幼苗长度。这些方法无法满足当前育种智能化的发展需求。随着计算机技术和图像处理技术的快速发展,基于机器视觉检测种子活力的技术应运而生。为了寻找新的种子活力检测方法,本文以小麦种子为实验对象,研究基于机器视觉的小麦种子活力检测方法,可为小麦种子在线活力检测提供有力的理论依据和技术支撑。本文的主要研究内容及结果如下:1)设计垂直发芽装置。对传统的卷纸发芽法进行改进,设计出适用于机器视觉技术检测小麦种子活力的垂直发芽装置,该装置可以实现种子活力的在线检测,无需将待测种子脱离发芽环境。2)提出了一种基于形态学检测小麦种子活力的方法。基于形态学分析,设计了小麦种子芽点（胚根、胚芽突破种皮的位置点）检测方法,借助芽点位置对胚根、胚芽长度进行检测,实现了种子发芽快速识别。通过对连续7天的发芽实验数据进行检测分析,与人工测定结果进行对比,本文方法测定小麦种子发芽率的准确率100%,发芽势、发芽指数、平均发芽天数误差分别为4%,0.47、0.08天。试验结果表明,本文设计的装置和方法实现了对种子活力参数的准确检测,可为农作物种子的活力快速检测提供研究基础。3)提出一种基于机器学习检测小麦种子活力的方法。首先利用HALCON图像处理软件提取小麦种子的颜色特征信息（RGB、HSV、HSI、Lab各分量的均值以及标准差）和形状特征参数（长度、宽度、区域面积、圆形度、周长、紧实度、凹凸性、矩形度、外接圆半径、内切圆半径、圆周到中心的平均距离、圆周到中心的距离偏差、轮廓区域点之间的最大距离）,然后分别采用PER（皮尔逊相关性分析法）、PCA（主成分分析法）和PER-PCA（前两者结合）对归一化后的数据进行特征筛选,并建立与之对应的3种OCSVM（One Class SVM）小麦种子发芽检测模型,3种模型均取得了较好的检测结果,其中PER-OCSVM模型的表现最佳,该模型的准确率（Accuracy）能达到96.81%,精准率（Precision）为98.70%,召回率（Recall）为95.58%,F1值为97.11%。利用PEROCSVM模型对连续7天的小麦种子发芽试验数据进行检测,检测结果表明,本文设计的检测方法测定的小麦种子活力指标与人工统计的基本一致,检测发芽率误差为1%,发芽势、发芽指数、平均发芽天数的误差分别为1%、0.38、0.12天。结果表明本文提出的基于机器学习检测种子活力的方法具有可行性。

关键词：机器视觉小麦种子活力检测发芽率

大鼠HO-1表达质粒构建、活力检测及抗HUVEC凋亡的作用研究

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实验生物学报 2005年第5期38卷 441-446页

作者：夏振炜齐奇张雪洪申庆祥李云珠俞善昌上海第二医科大学附属瑞金医院上海200025 上海交通大学生命科学技术学院上海200030 上海市计划生育科学研究所上海200032

异种移植排斥反应的主要特征为内皮细胞发生Ⅱ型激活,引起黏附分子、细胞因子和前促凝分子等基因高表达,造成血管收缩、白细胞黏附、激活、聚集和血栓形成,最终导致内皮细胞凋亡。保护基因HO-1通过抑制前炎症反应及免疫调抑作用以保护... 详细信息

异种移植排斥反应的主要特征为内皮细胞发生Ⅱ型激活,引起黏附分子、细胞因子和前促凝分子等基因高表达,造成血管收缩、白细胞黏附、激活、聚集和血栓形成,最终导致内皮细胞凋亡。保护基因HO-1通过抑制前炎症反应及免疫调抑作用以保护异种移植器官。因此,通过构建含剪切的野生型大鼠HO-1 cDNA的表达型质粒,用DOTAP包裹转入HUVEC中表达,测定表达量及表达产物活性;采用TNF-α诱导细胞凋亡,以及Heme和SnPP分别刺激细胞,诱导和抑制细胞内HO-1表达量,流式细胞仪测定细胞凋亡率,明确HO-1的抗细胞凋亡作用。结果显示HO-1在HUVEC中高度表达,活力为对照组5倍;TNF-α诱导细胞凋亡,但Heme处理后细胞凋亡率下降至20%以下,而SnPP处理后细胞凋亡率显著上升,最高达到95%以上,并且HO-1基因表达抑制时细胞凋亡率是诱导时的5-20倍。本实验表明Heme处理后HO-1表达上调,具有显著抗细胞凋亡作用,细胞凋亡率与HO-1表达量呈负相关,提示HO-1通过抑制细胞凋亡,对细胞有保护作用。

关键词：血红素加氧酶-1 肿瘤坏死因子-α 血红素锡-原卟啉细胞凋亡抗细胞凋亡质粒构建活力检测大鼠 TNF-α

采用高光谱图像深度特征检测水稻种子活力等级

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农业工程学报 2021年第14期37卷 171-178页

作者：孙俊张林周鑫武小红沈继锋戴春霞江苏大学电气信息工程学院镇江212013

为实现水稻种子活力的准确检测,该文研究了一种基于高光谱图像技术结合深度学习的高精度检测方法。采用人工加速老化的方式得到老化0,1,2和3 d的1200个水稻种子样本,使用高光谱成像设备获取不同老化天数样本的高光谱图像,并从单个样本... 详细信息

为实现水稻种子活力的准确检测,该文研究了一种基于高光谱图像技术结合深度学习的高精度检测方法。采用人工加速老化的方式得到老化0,1,2和3 d的1200个水稻种子样本,使用高光谱成像设备获取不同老化天数样本的高光谱图像,并从单个样本区域提取其光谱信息。随后对1200个样本进行发芽试验,根据发芽试验结果将所有样本划分为高活力、低活力和无活力3个等级。采用小波阈值去噪(Wavelet Threshold Denoising,WTD)结合一阶导数(First/1st Derivative,FD)的方法(WTD-FD)对原始光谱进行预处理,使用主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)和堆叠自动编码器(Stacked Auto-Encoder,SAE)分别从预处理光谱中提取特征变量。分别基于PCA和SAE特征变量构建支持向量机(Support Vector Machine,SVM)模型,并根据模型准确率确定较佳模型,最后使用灰狼优化算法(Grey Wolf Optimizer,GWO)对选择的模型进行参数优化。结果显示WTD-FD对原始光谱的预处理是有效的,使用从预处理光谱中提取的SAE非线性深层特征相比于PCA线性特征更具有代表性,基于其建立的SAE-SVM模型的准确率达到96.47%。SAE-SVM模型经过GWO优化之后,模型准确率提高到98.75%。研究结果表明,高光谱图像技术结合深度学习方法对水稻种子活力等级准确检测具有指导意义。

关键词：无损检测模型优化高光谱图像水稻种子活力检测堆叠自动编码器

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微囊化间充质干细胞活力检测方法比较

上海理工大学学报 2016年第6期38卷 594-597页

作者：李保国刘荣佀国宁汤亭亭上海理工大学医疗器械与食品学院上海200093 上海交通大学附属第九人民医院骨科实验室上海200011

对微囊化间充质干细胞(MSCs)采用EB/Calcein-AM和MTS/PMS细胞检测新方法,并与传统的台盼兰及MTT染色检测法进行比较,探索适合于微囊化细胞活力检测的方法.研究表明:分别采用EB/Calcein-AM,台盼兰,MTT,MTS这4种方法,检测海藻酸钠-聚赖氨... 详细信息

对微囊化间充质干细胞(MSCs)采用EB/Calcein-AM和MTS/PMS细胞检测新方法,并与传统的台盼兰及MTT染色检测法进行比较,探索适合于微囊化细胞活力检测的方法.研究表明:分别采用EB/Calcein-AM,台盼兰,MTT,MTS这4种方法,检测海藻酸钠-聚赖氨酸-海藻酸钠(APA)微囊内MSCs细胞活力,传统的台盼兰与MTT检测法不适用APA微囊化MSCs细胞活力检测,EB/Calcein-AM与MTS是检测APA微囊化MSCs细胞活力的有效方法.

关键词：微囊间充质干细胞活力检测台盼兰 EB/Calcein-AM法 MTT法 MTS法

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植物原生质体的制备与活力检测研究进展

生物技术通报 2009年第S1期25卷 46-50页

作者：王莉姚占军河北农业大学农学院保定071001

原生质体是进行植物遗传改良和细胞各种生理生化特性研究的平台。本文对近些年制备原生质体的材料选择、预处理、游离、纯化和活力检测等方面的研究进展进行了综述,分析了影响原生质体的分离和纯化的有关因素,并根据相关文献讨论了今后... 详细信息

原生质体是进行植物遗传改良和细胞各种生理生化特性研究的平台。本文对近些年制备原生质体的材料选择、预处理、游离、纯化和活力检测等方面的研究进展进行了综述,分析了影响原生质体的分离和纯化的有关因素,并根据相关文献讨论了今后原生质体重点研究方向。

关键词：原生质体游离纯化活力检测

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图像处理技术在种子活力检测中的应用

种子 2005年第9期24卷 45-47页

作者：孙群孙宝启王建华中国农业大学农学与生物技术学院种子科学系北京100094

种子活力是评价种子质量的一个重要指标,其测定方法也多种多样,本文概述了目前图像处理技术在种子活力评价中的应用,并介绍几种主要的种子活力自动评价系统。

关键词：种子活力图像处理技术种子质量活力检测应用评价系统测定方法

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杨梅花粉活力检测及储藏方法研究

浙江农业学报 2013年第5期25卷 997-1001页

作者：戚行江任海英郑锡良邱立军梁森苗张真真浙江省农业科学院园艺研究所浙江杭州310021 浙江省舟山市定海区农林局浙江舟山316000

对杨梅(Myrica rubra Sieb.&Zucc.)花粉活力检测和储藏方法进行了研究。筛选出最佳的杨梅花粉活力离体萌发检测法:用毛笔轻刷花粉至固体培养基(15%蔗糖,0.01%硼酸,1%琼脂)上,22℃黑暗培养10h,显微观测花粉萌发率。20℃储藏时,经硅胶干... 详细信息

对杨梅(Myrica rubra Sieb.&Zucc.)花粉活力检测和储藏方法进行了研究。筛选出最佳的杨梅花粉活力离体萌发检测法:用毛笔轻刷花粉至固体培养基(15%蔗糖,0.01%硼酸,1%琼脂)上,22℃黑暗培养10h,显微观测花粉萌发率。20℃储藏时,经硅胶干燥处理能延长杨梅花粉活力保存时间。与20℃相比,低温保存能明显延长杨梅花粉活力,在4,-20和-80℃保存100 d后,花粉萌发率分别是12%,37.5%和48%。

关键词：杨梅花粉活力检测贮藏方法

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孕鼠子宫内膜上皮细胞分离、培养及活力检测

西北农林科技大学学报（自然科学版） 2006年第2期34卷 12-16页

作者：何志全沈文正窦忠英西北农林科技大学国家干细胞工程技术研究中心陕西分中心陕西杨凌712100

为探讨昆白系孕鼠子宫内膜上皮细胞的分离与体外培养条件、生长特点及其增殖规律,采用2．5 mg／mL胰蛋白酶+0．4 mg／mL EDTA分别以20,30,40 min消化子宫内膜,结合刮取法,对昆白系孕鼠子宫内膜上皮细胞的分离培养进行了研究。结果表明,... 详细信息

为探讨昆白系孕鼠子宫内膜上皮细胞的分离与体外培养条件、生长特点及其增殖规律,采用2．5 mg／mL胰蛋白酶+0．4 mg／mL EDTA分别以20,30,40 min消化子宫内膜,结合刮取法,对昆白系孕鼠子宫内膜上皮细胞的分离培养进行了研究。结果表明,随着消化时间的增加,所获得的细胞数目也增多,但细胞活力下降(噻唑兰法检测);消化30min所获得的细胞活力高、数目多,细胞比较单一;子宫内膜上皮细胞的活力随着细胞培养代数的增加而下降。

关键词：子宫内膜上皮细胞噻唑兰活力检测孕鼠

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基于高光谱图像的脱绒棉种活力检测方法研究

基于高光谱图像的脱绒棉种活力检测方法研究

作者：尤佳石河子大学

学位级别：硕士

棉种是棉花生产的基础,棉种的质量直接影响着棉花产量和纤维品质。棉种活力是影响棉种质量的重要指标之一。目前检测脱绒棉种活力的方法存在的问题为检测时间长、劳动强度大、效率低。本文采用高光谱图像技术,以新疆石河子地区广泛种植... 详细信息

棉种是棉花生产的基础,棉种的质量直接影响着棉花产量和纤维品质。棉种活力是影响棉种质量的重要指标之一。目前检测脱绒棉种活力的方法存在的问题为检测时间长、劳动强度大、效率低。本文采用高光谱图像技术,以新疆石河子地区广泛种植的新陆早50、新陆早57、新陆早62三个品种的脱绒棉种为研究对象,以脱绒棉种电导率和低温发芽测量的发芽长度为主要指标,对脱绒棉种活力进行无损检测研究。本研究为脱绒棉种活力无损、快速检测提供一种新方法,也为科学、准确评价脱绒棉种活力奠定理论基础。(1)对脱绒棉种活力检测进行了定性分析研究。本研究通过高光谱成像仪采集了经过人工加速老化处理24h、48h及未处理的三个品种的脱绒棉种高光谱图像,将采集完高光谱图像后的脱绒棉种分别进行了脱绒棉种电导率和低温发芽,得到了脱绒棉种活力指标数据。对未处理、人工加速老化24h、和人工加速老化48h的脱绒棉种采用主成分分析降维,以前10个主成分作为输入变量,建立判别分析和支持向量机模型,其中支持向量机中采用K-CV和粒子群算法优化参数,其判别分析模型效果最优,其活力判别精度可达到89.70%。(2)对脱绒棉种电导率进行了定量分析研究。对比分析光谱预处理效果,最后得出采取SNV+一阶微分+S-G平滑和SNV+一阶微分+norris两个组合进行处理后建模效果最佳,新陆早50、新陆早57、新陆早62所采用S-G平滑和Norris平滑所用的点数相同,次数不同;采用Chauvenet和Leverage方法综合比较剔除异常样本;建立了脱绒棉种电导率的PLS、SMLR、PCR模型。结果表明,新陆早50、新陆早57、新陆早62建立模型效果最优均是PLS模型,RMSEP和RMSEC为386μS/cm,且RMSEP与RMSEC两者相差较小,其Rc和pR均达到了0.88以上。采用si PLS–GA提取了特征波长效果最优,其模型的Rc和pR分别为0.90、0.89,RMSEC和RMSEP分别48.20μS/cm和42.60μS/cm。(3)对脱绒棉种发芽长度进行了定性分析研究。采用低温发芽获得活力参数并进行了定量分析。以新陆早50、新陆早57为研究对象,对其光谱数据进行预处理和剔除异常样本,建立了发芽长度的PLS、SMLR、PCR模型;其中建立PLS模型效果最佳,Rc和Rp达到0.6以上,RMSEC和RMSEP变化范围为1.60.76cm。采用si PLS–GA提取了特征波长效果最优,其模型的cR和pR分别为0.70、0.65,RMSEC和RMSEP分别1.57cm、1.60cm。(4)以MATLAB为开发平台,设计了一套脱绒棉种活力检测软件。该软件的功能模块包括五部分,分别是数据导入功能模块、光谱数据预处理功能模块、脱绒棉种建模样本选取功能模块、建模波段选择功能模块、活力检测功能模块。

关键词：脱绒棉种高光谱图像技术活力检测电导率发芽长度活力检测软件