CN101799427B - 基于图像处理的植物愈伤组织繁殖量在线观测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于图像处理的植物愈伤组织繁殖量在线观测方法及系统，该方法采用CCD成像设备对被观测对象所在区域进行成像，将获取的图像通过图像采集卡输入计算机，处理后将被观测对象的边界与背景区分开，利用矢量分析法对被观测对象图像中植物愈伤组织区域进行边界跟踪；完成后进行面积和厚度计算，最后绘制植物愈伤组织的生长曲线。该观测方法通过电子光学系统对被测物的进行CCD成像，并将CCD成像设备输出的图像送往计算机进行图像处理，计算机通过图像监测来计算植物愈伤组织的繁殖量，以达到观测的目的。该方法能够实现在非接触环境中及无人监控下对植物细胞的生长进行观测，具有高效率、非接触、便于应用的特点。
Description
技术领域
本发明属于植物学观测领域，涉及一种植物愈伤组织繁殖量的观测，尤其是一种基于图像处理的植物愈伤组织繁殖量的在线观测方法
背景技术
在植物学领域中，愈伤组织可帮助伤口愈合，在嫁接中，可促使砧木与接穗愈合，并由新生的维管组织使砧木和接穗沟通；在扦插中，从伤口愈伤组织可分化出不定根或不定芽，进而形成完整植株。因此对愈伤组织的研究具有重要的意义。
在植物组培研究中，定量检测愈伤组织的增殖量是一相重要内容。目前，对植物愈伤组织增殖量的检测，主要利用重量法，即在不同的培养时间，取出愈伤组织，对其进行称重处理，记录其生长量。这种观测方法由于多次接触样品，易造成污染，且所测数据的准确性较低，试验工作量大，操作也比较繁琐，难以达到研究工作的要求。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于图像处理法的植物愈伤组织繁殖量在线观测方法，该方法通过对愈伤组织进行图像监测，采用图像处理的方式计算愈伤组织的繁殖量，从而使其具有测量的非接触性、连续性、速度快的优点。
本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：
这种基于图像处理法的植物愈伤组织繁殖量在线观测方法，包括以下步骤：
第一、用CCD成像设备对被观测对象所在区域进行成像，将获取的图像通过图像采集卡输入计算机，获取原始图像；
第二、对原始图像进行滤波降噪处理，同时调整亮度和对比度，得到处理后图像；
第三、将以上处理后图像中被观测对象的边界与背景区分开，得到被观测对象的图像；
第四、利用矢量分析法对上述得到的被观测对象的图像中植物愈伤组织区域进行边界跟踪；
第五、当边界跟踪完成后进行植物愈伤组织区域的面积和厚度计算；
第六、重复以上步骤一至步骤五，根据处理所得到的面积及厚度值，以面积为纵轴，时间为横轴，厚度值为纵轴，绘制植物愈伤组织的生长曲线。
进一步：以上步骤三中：采用差分的方法对处理后图像进行二值法处理从而将被观测对象的边界与背景区分开。
进一步：以上步骤四中，利用矢量分析法对被观测对象的图像中植物愈伤组织区域进行边界跟踪，具体为：给边界点标号并记录边界点矢量值；边界标号按逆时针方向重新排序；按排序将边界点根矢量值由小到大逐点判断当前边界点右侧像素是否满足边界点内点的条件，若满足则计算边界内像素，若不满足则继续判断下一个边界点；判断是否所有边界点都判断完，若全部判断完，则边界跟踪完成，进行下一步，否则继续判断。
以上步骤五中，进行植物愈伤组织区域的面积和厚度计算时，面积计算公式为：D＝ε*N，
其中，D为被测对象的实际面积；N＝B/2+I为测得的被测对象物体的像元数；ε＝S/M为系统的像素当量，B为物体的边界像素数，I为物体边界内像素总数，S为标定物体的几何参数，M为测得的标定物体的像元数；
厚度计算公式为：H＝ε×n，H为植物愈伤组织区域的厚度，n是被测对象厚度方向的像素点数。
本发明还提供一种基于上述观测方法的观测系统，包括图像采集卡、CCD成像设备和计算机，另外还包括有一密闭的培养容器，所述培养容器内设有两台CCD成像设备，两台CCD成像设备分别设于培养器的顶部和侧部，所述图像采集卡的输入端与分别于两台CCD成像设备的输出端连接，所述图像采集卡的输出端与计算机连接。
上述培养容器内设有被观测对象。
本发明采用基于图像处理法观测植物愈伤组织的生长繁殖情况，该观测方法通过电子光学系统对被测物的进行CCD成像，并将CCD成像设备输出的图像送往计算机进行图像处理，计算机通过图像监测来计算植物愈伤组织的繁殖量，以达到观测的目的。该方法能够实现在非接触环境中及无人监控下对植物细胞的生长进行观测，具有高效率、非接触、便于应用的特点。
附图说明
图1为本发明所涉及的观测系统结构示意图。
其中：1为培养容器；2为观测对象；3、4为CCD成像设备；5为图像采集卡；6为计算机。
具体实施方式
本发明基于图像处理的植物愈伤组织繁殖量在线观测方法，具体包括以下六个步骤：
第一、用CCD成像设备对被观测对象所在区域进行成像，其中获取愈伤组织的厚度图像和面积图像，将获取的图像通过图像采集卡输入计算机，获取原始图像；
在进行该步骤之前，首先要对一个已知几何参数S的标定物体进行测量，得到代表其参数的像素数M，然后利用公式ε＝S/M计算出系统的像素当量ε，得到单位像素所代表的实际尺寸。
第二、对原始图像进行滤波降噪处理，减小图像的噪声，得到预处理后图像，然后对预处理后图像的亮度和对比度进行调整，便于计算机进行后续处理，得处理后图像。将第一次处理后图像设置为参考值，使后续采集到的图像以此作为参考进行相同的调整；
第三、将以上处理后图像中被观测对象的边界与背景区分开，得到被观测对象的图像，具体为：
首先标定处理后图像中被观测对象的边界，将被测对象的边界与背景区分开。这里采用差分的方法，在获得的成像中，对其进行二值法处理，即在彩色图像的所有像素点中寻找一个阈值，将彩色图像转化为二值图像，由于被观测对象的图像与背景的像素点区分较大，因此在边界上的两个像素点的差分值最大，这样对图像的各个像素点进行分析，就可将被观测对象与背景区分开；
第四、利用矢量分析法对上述得到的被观测对象的图像中植物愈伤组织区域进行边界跟踪，具体为：
利用矢量分析法对被观测对象的图像中植物愈伤组织区域进行边界跟踪，具体为：边界跟踪，给边界点标号并记录边界点矢量值；边界标号按逆时针方向重新排序；按排序将边界点根矢量值由小到大逐点判断当前边界点右侧像素是否满足边界点内点的条件，若满足则计算边界内像素，若不满足则继续判断下一个边界点；判断是否所有边界点都判断完，若全部判断完，则边界跟踪完成，进行下一步，否则继续判断。由于植物愈伤组织的图像多为轮廓区域不规则的图像，利用该方法能够得到理想的目标区域的边缘轮廓以及目标区域的像素数。
第五、当边界跟踪完成后进行植物愈伤组织区域的面积和厚度计算，进行植物愈伤组织区域的面积和厚度计算时，具体如下：
面积计算公式为：D＝ε*N，
其中，D为被测对象的实际面积；N＝B/2+I为测得的被测对象物体的像元数；ε＝S/M为系统的像素当量，B为物体的边界像素数，I为物体边界内像素总数，S为标定物体的几何参数，M为测得的标定物体的像元数；
厚度计算公式为：H＝ε×n，H为植物愈伤组织区域的厚度，n是被测对象厚度方向的像素点数(可通过第四步在计算边界时得出该值)。
第六、计算机每隔一定的时间采集以此图像并重复以上步骤一至步骤五，可根据观测对象的不同设定该时间间隔，根据处理所得到的面积及厚度值，以面积为纵轴，时间为横轴，厚度值为纵轴，绘制植物愈伤组织的生长曲线。
本发明还提出一种基于以上观测方法的观测系统，该系统的结构如图1所示：包括一密闭的培养容器1、图像采集卡5、计算机6和CCD成像设备3、4。培养容器1内设有两台CCD成像设备3、4，两台CCD成像设备分别设于培养器1的顶部和侧部，图像采集卡的输入端与分别于两台CCD成像设备3、4的输出端连接，图像采集卡的输出端与计算机连接。被观测对象2放置于培养容器1内，两台CCD成像设备3、4的镜头从不同方向正对被观察对象2，其中CCD成像设备3采集被观察对象2的厚度图像，CCD成像设备4采集被观察对象的面积图像，为了使采集的图像在后续图像处理过程中更加容易，可以将培养容器1的底部以及与CCD成像设备3相对的一侧边设为与被观测对象的颜色色差较大的纯色。另外该系统在使用前，首先需要对一起进行标定，即将一个已知其几何参数S的标定物体放置在培养容器1内的被观测物体位置对其进行图像采集，得到代表其参数的像素数M，然后利用公式ε＝S/M计算出系统的像素当量ε，得到单位像素所代表的实际尺寸。从而完成标定。
Claims (2)
1.一种基于图像处理的植物愈伤组织繁殖量在线观测方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一、用CCD成像设备对被观测对象所在区域进行成像，将获取的图像通过图像采集卡输入计算机，获取原始图像；
第二、对原始图像进行滤波降噪处理，同时调整亮度和对比度，得到处理后图像；
第三、将以上处理后图像中被观测对象的边界与背景区分开，得到被观测对象的图像；
第四、利用矢量分析法对上述得到的被观测对象的图像中植物愈伤组织区域进行边界跟踪；
利用矢量分析法对被观测对象的图像中植物愈伤组织区域进行边界跟踪，具体为：给边界点标号并记录边界点矢量值；边界标号按逆时针方向重新排序；按排序将边界点根矢量值由小到大逐点判断当前边界点右侧像素是否满足边界点内点的条件，若满足则计算边界内像素，若不满足则继续判断下一个边界点；判断是否所有边界点都判断完，若全部判断完，则边界跟踪完成，进行下一步，否则继续判断；
第五、当边界跟踪完成后进行植物愈伤组织区域的面积和厚度计算；
进行植物愈伤组织区域的面积和厚度计算时，面积计算公式为：D＝ε*N，
其中，D为被测对象的实际面积；N＝B/2+I为测得的被测对象物体的像元数；ε＝S/M为系统的像素当量，B为物体的边界像素数，I为物体边界内像素总数，S为标定物体的几何参数，M为测得的标定物体的像元数；
厚度计算公式为：H＝ε×n，H为植物愈伤组织区域的厚度，n是被测对象厚度方向的像素点数；
第六、重复以上步骤一至步骤五，根据处理所得到的面积及厚度值，以面积为纵轴，时间为横轴，厚度值为纵轴，绘制植物愈伤组织的生长曲线。
2.根据权利要求1所述的基于图像处理的植物愈伤组织繁殖量在线观测方法，其特征在于，步骤三中：采用差分的方法对处理后图像进行二值法处理从而将被观测对象的边界与背景区分开。
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