CN102645444A - 一种利用Photoshop软件定量表征烤后烟叶细胞形状特征的方法 - Google Patents

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Abstract

一种利用Photoshop软件定量表征烤后烟叶细胞形状特征的方法，其特征在于，它是通过扫描电子显微镜获取初烤烟叶表面细胞特征图像，利用磁性套索、蒙版、画笔、橡皮擦等工具准确选取细胞，以单位像素长度×像素个数和像素百分比×图像面积方法分别定量获取细胞周长和细胞面积，以周长和面积为变量利用公式计算形状特征参数，为客观评价烟叶细胞发育状况和从微观领域研究烟叶质量特征提供方法。多产地随机选取多细胞测定结果表明，该方法准确性高，所计算细胞形状特征参数与软件定义圆度值拟合程度高（R2=0.98～0.99），同时可将不同产区（质量特征）烟叶的细胞形状特征较好区分。

Description

一种利用Photoshop软件定量表征烤后烟叶细胞形状特征的方法
 
技术领域
本发明涉及烟叶微观结构领域，具体为一种定量表征烤后烟叶细胞形状特征的方法，主要是通过扫描电镜分析和Photoshop软件图像处理完成。
 
背景技术
微观结构涉及到化学，生物学，物理学等诸多领域，是指物质、生物细胞在显微镜下的结构。近年来，应用扫描电镜及光学显微镜观察植物器官表皮可提供的微形态学特征，已作为一类有价值的新方法广泛运用于系统发育和品质形成的研究之中。Adobe Photoshop 系列软件具有强大的图像识别功能，Nishimoto等利用该软件对花岗岩进行的模式分析、李楠等对弹壳痕迹进行的定量化检验均说明该软件具有较好的图像识别和处理功能。我国烟草种植区幅员辽阔，烟叶产区分布的广泛性和生态的多样性使不同种植区烟叶的质量风格差异明显，并具有明显的区域分布特征，其中成熟度、叶片结构等外观质量指标和叶面密度、拉力、伸长率、弹性等加工质量指标与烟叶表面细胞的形态结构紧密相关，受烟叶内部细胞的微观结构影响很大，目前尚无关于烟叶细胞形状特征定量表征的方法。
 
发明内容
本发明的目的正是基于现有技术的不足，提供的一种能够客观、定量评价烟叶细胞形状特征的方法，该方法通过烟叶预处理、样品制备、扫描电镜分析、Photoshop软件处理等步骤实现。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种利用Photoshop软件定量表征烤后烟叶细胞形状特征的方法，将初烤烟叶进行扫描电镜分析，利用Photoshop软件对图像进行处理，采用单位像素长度×周长像素数、像素百分比×图像总面积的方法分别测量烟叶细胞周长和面积，利用圆度计算公式计算烟叶的形状特征参数。其具体步骤如下：
（1）将初烤烟叶在恒温恒湿条件下平衡水分含量至15%～16%，在叶片中部1/3位置选取无杂色、病斑、损伤、含青和支脉的烟叶局部，截取1cm×1cm大小的叶片，金属粉末着色后利用扫描电镜观测，保存200～400倍大小图像，扫描图像保存为BMP格式；
（2）细胞周长信息获取：①利用Photoshop软件打开图像，设定信息面板的标尺单位为cm，查看“信息”面板中的宽和高，宽和高分别÷放大倍数后为图片所包含叶片部分的实际宽和高，根据图像宽和高的实际像素值，利用图片实际宽度÷宽度像素数或图片实际高度÷高度像素数得到单位像素的实际长度（两数值一致），记为Y；②选用“套索”工具中的磁性套索工具，沿细胞边缘勾勒出细胞图形，并利用工具栏中的“蒙版”功能，用画笔和橡皮擦工具对细胞边缘进行准确调整，直到所选区域与细胞边缘一致，利用工具栏中“分析”下拉菜单中的“记录测量信息”，记录单个细胞周长的像素数，记为X；③则细胞实际周长约为X×Y；
（3）细胞面积数据获取：①利用Photoshop软件打开图像，在“直方图”中读取图片总像素值，记为A，同时设定信息面板的标尺单位为cm，查看“信息”面板中的宽和高，宽和高分别÷放大倍数后为图片中叶片部分的实际宽和高，则图像的实际面积可由实际宽和高的乘积得到,记为B； ②选用“套索”工具中的磁性套索工具，沿细胞边缘勾勒出细胞图形，并利用工具栏中的“蒙版”功能，用画笔和橡皮擦工具进行对细胞边缘进行准确调整，直到所选区域与细胞边缘一致，读取像素值，记为C；③则细胞面积大小为(C÷A)×B；
（4）利用圆度计算公式[周长2÷（4π×面积×1.064）]计算细胞形状特征参数。目前公认的圆度计算公式为[周长2÷（4×π×面积）]，据报道，公式分母中加入常数项1.064可校正周长因图像数字化而产生的边角效应，校正后参数的准确性较好，因此采用[周长2÷（4×π×面积×1.064）]计算细胞形状特征参数。 
本发明利用Photoshop软件强大的图像识别和选取功能，对扫描电镜图像的实际宽度、高度、面积、单位像素长度准确定量，以单位像素长度×周长像素数和像素百分比×总面积分别获取细胞周长和面积信息，利用圆度计算公式即可得到所测量细胞的形状特征参数。本发明借助扫描电镜和Photoshop软件实现了烟叶细胞形状特征的定量表征，为烟叶质量特征微观结构领域的研究提供方法基础。
本发明的优点和效果：通过扫描电镜图像采集和Photoshop软件处理，获得烟叶细胞的形状特征参数，以此为客观评价烟叶细胞发育状况和从微观领域研究烟叶质量特征提供方法。多产地烟叶随机选取多细胞进行测量分析后发现，细胞形状特征参数与软件直接给定的圆度值拟合程度较高（R2=0.98～0.99）, 说明该方法的定量准确性高，同时可以将不同产区（质量特征）烟叶的细胞形状特征加以较好区分。
 
附图说明
图1 烟叶细胞形状特征分析示意图。
图2形状特征参数与圆度值的拟合曲线。
 
具体实施方式
以下结合具体实例将本发明方法详细描述如下：
分别取河南平顶山、辽宁铁岭、云南临沧和广东南雄的中部桔黄3级烟叶，在恒温恒湿条件下平衡水分含量至15%～16%，在叶片中部1/3位置选取无杂色、病斑、损伤、含青和支脉的烟叶局部，截取1cm×1cm大小的叶片，金属粉末着色后利用扫描电镜观测并保存图像（参见图1）。按照发明内容中所述方法进行分析，分别计算单个细胞的周长和面积，利用公式计算形状特征参数，考察该参数与软件给出图形圆度的拟合度，验证该定量方法的准确性，同时比较不同产区（质量特征）烟叶形状特征参数的差异，验证该方法的适用性。结果表明：利用本发明提供的细胞周长、面积定量方法和形状特征参数计算方法进行分析后，烟叶细胞形状特征参数与软件给出圆度值的拟合度较高（R2=0.98～0.99）（见图2），说明本发明所提出的细胞周长与面积定量方法准确，细胞形状特征参数与圆度值呈负向相关，参数越小，则细胞形状相对规则，接近圆形，反之则细胞形状不规则，相对偏离圆形。不同产区烟叶形状特征参数存在显著或极显著差异（表1），说明运用该方法可较好的将不同产区烟叶细胞形状特征加以区分。
 
表1 不同产区烟叶形状特征参数比较
产地 均值 变异系数 最小值 最大值
河南平顶山 2.24 A ab 10% 1.83 2.58
辽宁铁岭 2.12 A a 17% 1.66 2.69
云南临沧 2.53 A b 10% 2.17 3.07
广东南雄 3.28 B c 16% 2.34 3.75
         
注：大小字母表示差异达极显著水平；小写字母表示差异达显著水平。

Claims (2)

1.一种利用Photoshop软件定量表征烤后烟叶细胞形状特征的方法，其特征在于：将初烤烟叶进行扫描电镜分析，利用Photoshop软件对图像进行处理，采用单个像素长度与细胞周长总像素数的乘积获取周长信息，细胞面积像素比例与总面积乘积获取面积信息，采用圆度计算公式获取细胞形状特征参数。
2.根据权利要求1所述的利用Photoshop软件定量表征烤后烟叶细胞形状特征的方法，其具体步骤如下：
（1）将初烤烟叶在恒温恒湿条件下平衡水分含量至15%～16%，在叶片中部1/3位置选取无杂色、病斑、损伤、含青和支脉的烟叶局部，截取1cm×1cm大小的叶片，金属粉末着色后利用扫描电镜观测，保存200～400倍大小图像，扫描图像保存为BMP格式；
（2）细胞周长信息获取：①利用Photoshop软件打开图像，设定信息面板的标尺单位为cm，查看“信息”面板中的宽和高，宽和高分别÷放大倍数后为图片所包含叶片部分的实际宽和高，根据图像宽和高的像素值，利用图片实际宽度÷宽度像素数或图片实际高度÷高度像素数得到单个像素的实际长度，记为Y；②选用“套索”工具中的磁性套索工具，沿细胞边缘勾勒出细胞图形，并利用工具栏中的“蒙版”功能，用画笔和橡皮擦工具对细胞边缘进行准确调整，直到所选区域与细胞边缘一致，利用工具栏中“分析”下拉菜单中的“记录测量信息”，记录单个细胞周长的像素数，记为X；③细胞实际周长约为X×Y；
（3）细胞面积数据获取：①利用Photoshop软件打开图像，在“直方图”中读取图片总像素值，记为A，同时设定信息面板的标尺单位为cm，查看“信息”面板中的宽和高，宽和高分别÷放大倍数后为图片中叶片部分的实际宽和高，则图像的实际面积可由实际宽和高的乘积得到,记为B； ②选用“套索”工具中的磁性套索工具，沿细胞边缘勾勒出细胞图形，并利用工具栏中的“蒙版”功能，用画笔和橡皮擦工具进行对细胞边缘进行准确调整，直到所选区域与细胞边缘一致，读取像素值，记为C；③则细胞面积大小为(C÷A)×B；
（4）利用圆度计算公式[周长2÷（4×π×面积×1.064）]计算细胞形状特征参数。
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