專利名稱：基于圖像處理的植物愈傷組織繁殖量在線觀測(cè)方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于植物學(xué)觀測(cè)領(lǐng)域，涉及一種植物愈傷組織繁殖量的觀測(cè)，尤其是一種 基于圖像處理的植物愈傷組織繁殖量的在線觀測(cè)方法
背景技術(shù)：
在植物學(xué)領(lǐng)域中，愈傷組織可幫助傷口愈合，在嫁接中，可促使砧木與接穗愈合， 并由新生的維管組織使砧木和接穗溝通；在扦插中，從傷口愈傷組織可分化出不定根或不 定芽，進(jìn)而形成完整植株。因此對(duì)愈傷組織的研究具有重要的意義。在植物組培研究中，定量檢測(cè)愈傷組織的增殖量是一相重要內(nèi)容。目前，對(duì)植物愈 傷組織增殖量的檢測(cè)，主要利用重量法，即在不同的培養(yǎng)時(shí)間，取出愈傷組織，對(duì)其進(jìn)行稱 重處理，記錄其生長(zhǎng)量。這種觀測(cè)方法由于多次接觸樣品，易造成污染，且所測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確 性較低，試驗(yàn)工作量大，操作也比較繁瑣，難以達(dá)到研究工作的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種基于圖像處理法的植物愈 傷組織繁殖量在線觀測(cè)方法，該方法通過對(duì)愈傷組織進(jìn)行圖像監(jiān)測(cè)，采用圖像處理的方式 計(jì)算愈傷組織的繁殖量，從而使其具有測(cè)量的非接觸性、連續(xù)性、速度快的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來解決的這種基于圖像處理法的植物愈傷組織繁殖量在線觀測(cè)方法，包括以下步驟第一、用C⑶成像設(shè)備對(duì)被觀測(cè)對(duì)象所在區(qū)域進(jìn)行成像，將獲取的圖像通過圖像 采集卡輸入計(jì)算機(jī)，獲取原始圖像；第二、對(duì)原始圖像進(jìn)行濾波降噪處理，同時(shí)調(diào)整亮度和對(duì)比度，得到處理后圖像；第三、將以上處理后圖像中被觀測(cè)對(duì)象的邊界與背景區(qū)分開，得到被觀測(cè)對(duì)象的 圖像；第四、利用矢量分析法對(duì)上述得到的被觀測(cè)對(duì)象的圖像中植物愈傷組織區(qū)域進(jìn)行 邊界跟蹤；第五、當(dāng)邊界跟蹤完成后進(jìn)行植物愈傷組織區(qū)域的面積和厚度計(jì)算；第六、重復(fù)以上步驟一至步驟五，根據(jù)處理所得到的面積及厚度值，以面積為縱 軸，時(shí)間為橫軸，厚度值為縱軸，繪制植物愈傷組織的生長(zhǎng)曲線。進(jìn)一步以上步驟三中采用差分的方法對(duì)處理后圖像進(jìn)行二值法處理從而將被 觀測(cè)對(duì)象的邊界與背景區(qū)分開。進(jìn)一步以上步驟四中，利用矢量分析法對(duì)被觀測(cè)對(duì)象的圖像中植物愈傷組織區(qū) 域進(jìn)行邊界跟蹤，具體為給邊界點(diǎn)標(biāo)號(hào)并記錄邊界點(diǎn)矢量值；邊界標(biāo)號(hào)按逆時(shí)針方向重 新排序；按排序?qū)⑦吔琰c(diǎn)根矢量值由小到大逐點(diǎn)判斷當(dāng)前邊界點(diǎn)右側(cè)像素是否滿足邊界點(diǎn) 內(nèi)點(diǎn)的條件，若滿足則計(jì)算邊界內(nèi)像素，若不滿足則繼續(xù)判斷下一個(gè)邊界點(diǎn)；判斷是否所有 邊界點(diǎn)都判斷完，若全部判斷完，則邊界跟蹤完成，進(jìn)行下一步，否則繼續(xù)判斷。
以上步驟五中，進(jìn)行植物愈傷組織區(qū)域的面積和厚度計(jì)算時(shí)，面積計(jì)算公式為D =ε ΦΝ,其中，D為被測(cè)對(duì)象的實(shí)際面積；N = Β/2+Ι為測(cè)得的被測(cè)對(duì)象物體的像元數(shù)；ε =S/M為系統(tǒng)的像素當(dāng)量，B為物體的邊界像素?cái)?shù)，I為物體邊界內(nèi)像素總數(shù)，S為標(biāo)定物體 的幾何參數(shù)，M為測(cè)得的標(biāo)定物體的像元數(shù)；厚度計(jì)算公式為Η = ε XN, H為植物愈傷組織區(qū)域的厚度，N是被測(cè)對(duì)象厚度方 向的像素點(diǎn)數(shù)。本發(fā)明還提供一種基于上述觀測(cè)方法的觀測(cè)系統(tǒng)，包括圖像采集卡、C⑶成像設(shè)備 和計(jì)算機(jī)，另外還包括有一密閉的培養(yǎng)容器，所述培養(yǎng)容器內(nèi)設(shè)有兩臺(tái)CCD成像設(shè)備，兩臺(tái) CCD成像設(shè)備分別設(shè)于培養(yǎng)器的頂部和側(cè)部，所述圖像采集卡的輸入端與分別于兩臺(tái)CCD 成像設(shè)備的輸出端連接，所述圖像采集卡的輸出端與計(jì)算機(jī)連接。上述培養(yǎng)容器內(nèi)設(shè)有被觀測(cè)對(duì)象。本發(fā)明采用基于圖像處理法觀測(cè)植物愈傷組織的生長(zhǎng)繁殖情況，該觀測(cè)方法通過 電子光學(xué)系統(tǒng)對(duì)被測(cè)物的進(jìn)行CCD成像，并將CCD成像設(shè)備輸出的圖像送往計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖 像處理，計(jì)算機(jī)通過圖像監(jiān)測(cè)來計(jì)算植物愈傷組織的繁殖量，以達(dá)到觀測(cè)的目的。該方法能 夠?qū)崿F(xiàn)在非接觸環(huán)境中及無人監(jiān)控下對(duì)植物細(xì)胞的生長(zhǎng)進(jìn)行觀測(cè)，具有高效率、非接觸、便 于應(yīng)用的特點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明所涉及的觀測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。其中1為培養(yǎng)容器；2為觀測(cè)對(duì)象；3、4為CCD成像設(shè)備；5為圖像采集卡；6為計(jì)算機(jī)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明基于圖像處理的植物愈傷組織繁殖量在線觀測(cè)方法，具體包括以下六個(gè)步 驟第一、用C⑶成像設(shè)備對(duì)被觀測(cè)對(duì)象所在區(qū)域進(jìn)行成像，其中獲取愈傷組織的厚 度圖像和面積圖像，將獲取的圖像通過圖像采集卡輸入計(jì)算機(jī)，獲取原始圖像；在進(jìn)行該步驟之前，首先要對(duì)一個(gè)已知幾何參數(shù)S的標(biāo)定物體進(jìn)行測(cè)量，得到代 表其參數(shù)的像素?cái)?shù)M，然后利用公式ε = S/M計(jì)算出系統(tǒng)的像素當(dāng)量ε，得到單位像素所 代表的實(shí)際尺寸。第二、對(duì)原始圖像進(jìn)行濾波降噪處理，減小圖像的噪聲，得到預(yù)處理后圖像，然后 對(duì)預(yù)處理后圖像的亮度和對(duì)比度進(jìn)行調(diào)整，便于計(jì)算機(jī)進(jìn)行后續(xù)處理，得處理后圖像。將第 一次處理后圖像設(shè)置為參考值，使后續(xù)采集到的圖像以此作為參考進(jìn)行相同的調(diào)整；第三、將以上處理后圖像中被觀測(cè)對(duì)象的邊界與背景區(qū)分開，得到被觀測(cè)對(duì)象的 圖像，具體為首先標(biāo)定處理后圖像中被觀測(cè)對(duì)象的邊界，將被測(cè)對(duì)象的邊界與背景區(qū)分開。這里采用差分的方法，在獲得的成像中，對(duì)其進(jìn)行二值法處理，即在彩色圖像的所有像素點(diǎn)中 尋找一個(gè)閾值，將彩色圖像轉(zhuǎn)化為二值圖像，由于被觀測(cè)對(duì)象的圖像與背景的像素點(diǎn)區(qū)分較大，因此在邊界上的兩個(gè)像素點(diǎn)的差分值最大，這樣對(duì)圖像的各個(gè)像素點(diǎn)進(jìn)行分析，就可將被觀測(cè)對(duì)象與背景區(qū)分開；第四、利用矢量分析法對(duì)上述得到的被觀測(cè)對(duì)象的圖像中植物愈傷組織區(qū)域進(jìn)行 邊界跟蹤，具體為利用矢量分析法對(duì)被觀測(cè)對(duì)象的圖像中植物愈傷組織區(qū)域進(jìn)行邊界跟蹤，具體 為邊界跟蹤，給邊界點(diǎn)標(biāo)號(hào)并記錄邊界點(diǎn)矢量值；邊界標(biāo)號(hào)按逆時(shí)針方向重新排序；按排 序?qū)⑦吔琰c(diǎn)根矢量值由小到大逐點(diǎn)判斷當(dāng)前邊界點(diǎn)右側(cè)像素是否滿足邊界點(diǎn)內(nèi)點(diǎn)的條件， 若滿足則計(jì)算邊界內(nèi)像素，若不滿足則繼續(xù)判斷下一個(gè)邊界點(diǎn)；判斷是否所有邊界點(diǎn)都判 斷完，若全部判斷完，則邊界跟蹤完成，進(jìn)行下一步，否則繼續(xù)判斷。由于植物愈傷組織的圖 像多為輪廓區(qū)域不規(guī)則的圖像，利用該方法能夠得到理想的目標(biāo)區(qū)域的邊緣輪廓以及目標(biāo) 區(qū)域的像素?cái)?shù)。第五、當(dāng)邊界跟蹤完成后進(jìn)行植物愈傷組織區(qū)域的面積和厚度計(jì)算，進(jìn)行植物愈 傷組織區(qū)域的面積和厚度計(jì)算時(shí)，具體如下面積計(jì)算公式為D = ε *Ν，其中，D為被測(cè)對(duì)象的實(shí)際面積；N = Β/2+Ι為測(cè)得的被測(cè)對(duì)象物體的像元數(shù)；ε =S/M為系統(tǒng)的像素當(dāng)量，B為物體的邊界像素?cái)?shù)，I為物體邊界內(nèi)像素總數(shù)，S為標(biāo)定物體 的幾何參數(shù)，M為測(cè)得的標(biāo)定物體的像元數(shù)；厚度計(jì)算公式為Η = ε XN, H為植物愈傷組織區(qū)域的厚度，N是被測(cè)對(duì)象厚度方 向的像素點(diǎn)數(shù)(可通過第四步在計(jì)算邊界時(shí)得出該值)。第六、計(jì)算機(jī)每隔一定的時(shí)間采集以此圖像并重復(fù)以上步驟一至步驟五，可根據(jù) 觀測(cè)對(duì)象的不同設(shè)定該時(shí)間間隔，根據(jù)處理所得到的面積及厚度值，以面積為縱軸，時(shí)間為 橫軸，厚度值為縱軸，繪制植物愈傷組織的生長(zhǎng)曲線。本發(fā)明還提出一種基于以上觀測(cè)方法的觀測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示包 括一密閉的培養(yǎng)容器1、圖像采集卡5、計(jì)算機(jī)6和CCD成像設(shè)備3、4。培養(yǎng)容器1內(nèi)設(shè)有 兩臺(tái)CCD成像設(shè)備3、4，兩臺(tái)CCD成像設(shè)備分別設(shè)于培養(yǎng)器1的頂部和側(cè)部，圖像采集卡的 輸入端與分別于兩臺(tái)CXD成像設(shè)備3、4的輸出端連接，圖像采集卡的輸出端與計(jì)算機(jī)連接。 被觀測(cè)對(duì)象2放置于培養(yǎng)容器1內(nèi)，兩臺(tái)CXD成像設(shè)備3、4的鏡頭從不同方向正對(duì)被觀察 對(duì)象2，其中CCD成像設(shè)備3采集被觀察對(duì)象2的厚度圖像，CCD成像設(shè)備4采集被觀察對(duì) 象的面積圖像，為了使采集的圖像在后續(xù)圖像處理過程中更加容易，可以將培養(yǎng)容器1的 底部以及與CCD成像設(shè)備3相對(duì)的一側(cè)邊設(shè)為與被觀測(cè)對(duì)象的顏色色差較大的純色。另外 該系統(tǒng)在使用前，首先需要對(duì)一起進(jìn)行標(biāo)定，即將一個(gè)已知其幾何參數(shù)S的標(biāo)定物體放置 在培養(yǎng)容器1內(nèi)的被觀測(cè)物體位置對(duì)其進(jìn)行圖像采集，得到代表其參數(shù)的像素?cái)?shù)M，然后利 用公式ε = S/M計(jì)算出系統(tǒng)的像素當(dāng)量ε，得到單位像素所代表的實(shí)際尺寸。從而完成標(biāo) 定。
權(quán)利要求
一種基于圖像處理的植物愈傷組織繁殖量在線觀測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟第一、用CCD成像設(shè)備對(duì)被觀測(cè)對(duì)象所在區(qū)域進(jìn)行成像，將獲取的圖像通過圖像采集卡輸入計(jì)算機(jī)，獲取原始圖像；第二、對(duì)原始圖像進(jìn)行濾波降噪處理，同時(shí)調(diào)整亮度和對(duì)比度，得到處理后圖像；第三、將以上處理后圖像中被觀測(cè)對(duì)象的邊界與背景區(qū)分開，得到被觀測(cè)對(duì)象的圖像；第四、利用矢量分析法對(duì)上述得到的被觀測(cè)對(duì)象的圖像中植物愈傷組織區(qū)域進(jìn)行邊界跟蹤；第五、當(dāng)邊界跟蹤完成后進(jìn)行植物愈傷組織區(qū)域的面積和厚度計(jì)算；第六、重復(fù)以上步驟一至步驟五，根據(jù)處理所得到的面積及厚度值，以面積為縱軸，時(shí)間為橫軸，厚度值為縱軸，繪制植物愈傷組織的生長(zhǎng)曲線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圖像處理的植物愈傷組織繁殖量在線觀測(cè)方法，其特征 在于，步驟三中采用差分的方法對(duì)處理后圖像進(jìn)行二值法處理從而將被觀測(cè)對(duì)象的邊界 與背景區(qū)分開。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圖像處理的植物愈傷組織繁殖量在線觀測(cè)方法，其特征 在于，步驟四中，利用矢量分析法對(duì)被觀測(cè)對(duì)象的圖像中植物愈傷組織區(qū)域進(jìn)行邊界跟蹤， 具體為給邊界點(diǎn)標(biāo)號(hào)并記錄邊界點(diǎn)矢量值；邊界標(biāo)號(hào)按逆時(shí)針方向重新排序；按排序?qū)?邊界點(diǎn)根矢量值由小到大逐點(diǎn)判斷當(dāng)前邊界點(diǎn)右側(cè)像素是否滿足邊界點(diǎn)內(nèi)點(diǎn)的條件，若滿 足則計(jì)算邊界內(nèi)像素，若不滿足則繼續(xù)判斷下一個(gè)邊界點(diǎn)；判斷是否所有邊界點(diǎn)都判斷完， 若全部判斷完，則邊界跟蹤完成，進(jìn)行下一步，否則繼續(xù)判斷。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圖像處理的植物愈傷組織繁殖量在線觀測(cè)方法，其特征 在于，步驟五中，進(jìn)行植物愈傷組織區(qū)域的面積和厚度計(jì)算時(shí)，面積計(jì)算公式為D = e *N，其中，D為被測(cè)對(duì)象的實(shí)際面積；N = B/2+I為測(cè)得的被測(cè)對(duì)象物體的像元數(shù)；e = S/ M為系統(tǒng)的像素當(dāng)量，B為物體的邊界像素?cái)?shù)，I為物體邊界內(nèi)像素總數(shù)，S為標(biāo)定物體的幾 何參數(shù)，M為測(cè)得的標(biāo)定物體的像元數(shù)；厚度計(jì)算公式為H= e XN，H為植物愈傷組織區(qū)域的厚度，N是被測(cè)對(duì)象厚度方向的 像素點(diǎn)數(shù)。
5. 一種基于權(quán)利要求1所述觀測(cè)方法的觀測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括圖像采集卡(5)、 CCD成像設(shè)備(3、4)和計(jì)算機(jī)(6)，其特征在于，還包括有一密閉的培養(yǎng)容器(1)，所述培養(yǎng) 容器(1)內(nèi)設(shè)有兩臺(tái)CCD成像設(shè)備(3、4)，兩臺(tái)CCD成像設(shè)備分別設(shè)于培養(yǎng)器(1)的頂部和 側(cè)部，所述圖像采集卡的輸入端與分別于兩臺(tái)CCD成像設(shè)備(3、4)的輸出端連接，所述圖像 采集卡的輸出端與計(jì)算機(jī)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的觀測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，培養(yǎng)容器(1)內(nèi)設(shè)有被觀測(cè)對(duì)象⑵。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于圖像處理的植物愈傷組織繁殖量在線觀測(cè)方法及系統(tǒng)，該方法采用CCD成像設(shè)備對(duì)被觀測(cè)對(duì)象所在區(qū)域進(jìn)行成像，將獲取的圖像通過圖像采集卡輸入計(jì)算機(jī)，處理后將被觀測(cè)對(duì)象的邊界與背景區(qū)分開，利用矢量分析法對(duì)被觀測(cè)對(duì)象圖像中植物愈傷組織區(qū)域進(jìn)行邊界跟蹤；完成后進(jìn)行面積和厚度計(jì)算，最后繪制植物愈傷組織的生長(zhǎng)曲線。該觀測(cè)方法通過電子光學(xué)系統(tǒng)對(duì)被測(cè)物的進(jìn)行CCD成像，并將CCD成像設(shè)備輸出的圖像送往計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像處理，計(jì)算機(jī)通過圖像監(jiān)測(cè)來計(jì)算植物愈傷組織的繁殖量，以達(dá)到觀測(cè)的目的。該方法能夠?qū)崿F(xiàn)在非接觸環(huán)境中及無人監(jiān)控下對(duì)植物細(xì)胞的生長(zhǎng)進(jìn)行觀測(cè)，具有高效率、非接觸、便于應(yīng)用的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G06F7/40GK101799427SQ20101014780
公開日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2010年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月16日
發(fā)明者張玲, 鄭恩讓, 高飛, 齊香君 申請(qǐng)人:陜西科技大學(xué)