CN108195724A - 籽粒成分含量的测量方法及测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种籽粒成分含量的测量方法及测量装置。方法包括：获取籽粒的有效体积和重量；获取籽粒胚的密度以及获取籽粒胚乳的密度；根据所述籽粒的有效体积、籽粒的重量、籽粒胚的密度和籽粒胚乳的密度计算得到籽粒胚的体积和籽粒胚乳的体积。装置包括：第一获取单元，用于获取籽粒的有效体积和重量；第二获取单元，用于获取籽粒胚的密度以及获取籽粒胚乳的密度；第一计算单元，用于计算得到籽粒胚的体积和籽粒胚乳的体积，获得籽粒中胚的体积占比和胚乳的体积占比，本发明能够提高籽粒成分的检测精度和检测效率。
Description
技术领域
本发明涉及农业技术领域，具体涉及一种籽粒成分含量的测量方法及测量装置。
背景技术
籽粒在组织成分上主要包括胚、胚乳、种皮等，胚乳和胚部都是由单个细胞逐渐分化发育而形成的，在籽粒分化发育过程中，需要茎杆维管组织和颖果养分运输组织输送养分，以保证其分化发育进程。胚乳和胚部分化发育的最终大小和形态结构往往受到遗传因素和环境因素的影响。通过研究籽粒中胚乳和胚部的大小和结构，实现对种子的品质进行检测和鉴定。
目前，通过对籽粒进行CT扫描，获取籽粒内部组织结构的形态解剖信息，通过三维图像处理软件对籽粒的图像进行分割并提取胚和胚乳的结构。
但是，由于籽粒中胚和胚乳的密度相差不大，采用三维图像软件处理时，无法准确确定胚和胚乳之间的分割线，导致降低了对籽粒内部的胚和胚乳进行分割时的分割精度；而且采用三维图像软件处理时，处理过程复杂繁琐，降低了检测的效率。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种籽粒成分含量的测量方法及测量装置，实现提高种子成分的检测精度和检测效率。
为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
一方面，本发明提供了一种籽粒成分含量的测量方法，包括：
获取籽粒的有效体积和重量；
获取籽粒胚的密度以及获取籽粒胚乳的密度；
根据所述籽粒的有效体积、籽粒的重量、籽粒胚的密度和籽粒胚乳的密度计算得到籽粒胚的体积和籽粒胚乳的体积。
进一步地，所述方法还包括：
根据所述籽粒的有效体积、所述籽粒胚的体积和所述籽粒胚乳的体积计算籽粒中胚的体积占比和胚乳的体积占比。
进一步地，所述根据所述籽粒的有效体积、所述籽粒胚的体积和所述籽粒胚乳的体积计算籽粒中胚的体积占比和胚乳的体积占比的步骤，包括：
籽粒中胚的体积占比为籽粒中胚的体积与籽粒的有效体积之比；
籽粒中胚乳的体积占比为籽粒中胚乳的体积与籽粒的有效体积之比。
进一步地，所述籽粒的有效体积为：籽粒的总体积与籽粒的空腔体积的体积差。
进一步地，获取籽粒有效体积的步骤，包括：
对所述籽粒进行CT扫描，获取所述籽粒的CT序列图像；
对所述CT序列图像进行三维阈值分割获取籽粒中空腔体积和籽粒的总体积，其中，总体积与空腔体积的体积差为籽粒的有效体积。
进一步地，所述获取籽粒胚的密度以及获取籽粒胚乳的密度的步骤，包括：
对籽粒进行采样获取胚样本块和胚乳样本块
计算所述胚样本块的体积和重量以及计算胚乳样本块的体积和重量；
根据胚样本块的体积和重量计算胚的密度以及根据胚乳样本块的体积和重量计算胚乳的密度；
其中，胚样本块的密度与籽粒胚的密度相同，胚乳样本块的密度与籽粒胚乳的密度相同。
进一步地，计算胚样本块的体积以及计算胚乳样本块的体积，包括如下步骤：
分别对所述胚样本块和所述胚乳样本块进行CT序列扫描，分别获取所述胚样本块的CT序列图像和所述胚乳样本块的CT序列图像；
分别对所述胚样本块的CT序列图像和所述胚乳样本块的CT序列图像进行三维阈值分割，分别获取所述胚样本块的体积和所述胚乳样本块的体积。
进一步地，所述根据所述籽粒的有效体积、籽粒的重量、籽粒胚的密度和籽粒胚乳的密度计算得到籽粒胚的体积和籽粒胚乳的体积的步骤，包括：
采用如下公式计算籽粒胚的体积和籽粒胚乳的体积：
V1+V2＝V；
p1·V1+p2·V2＝W；
其中，V1为籽粒胚的体积，V2为籽粒胚乳的体积，V为籽粒的有效体积，p1为籽粒胚的密度，p2为籽粒胚乳的密度，W为籽粒的重量。
另一方面，本发明还提供了一种籽粒成分含量的测量装置，包括：
第一获取单元，用于获取籽粒的有效体积和重量；
第二获取单元，用于获取籽粒胚的密度以及获取籽粒胚乳的密度；
第一计算单元，用于根据所述籽粒的有效体积、籽粒的重量、籽粒胚的密度和籽粒胚乳的密度计算得到籽粒胚的体积和籽粒胚乳的体积。
进一步地，所述测量装置还包括：
第二计算单元，用于根据所述籽粒的有效体积、所述籽粒胚的体积和所述籽粒胚乳的体积计算籽粒中胚的体积占比和胚乳的体积占比。
由上述技术方案可知，本发明所述的籽粒成分含量的测量方法及测量装置，通过获取籽粒的有效体积和重量；获取籽粒胚的密度以及获取籽粒胚乳的密度；根据所述籽粒的有效体积、籽粒的重量、籽粒胚的密度和籽粒胚乳的密度计算得到籽粒胚的体积和籽粒胚乳的体积，能够提高籽粒成分的检测精度和检测效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的籽粒成分含量的测量方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的另一籽粒成分含量的测量方法的流程示意图；
图3是本发明实施例提供的籽粒成分含量的测量方法中步骤S101的一种具体实施方式的流程示意图；
图4是本发明实施例提供的籽粒成分含量的测量装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供的籽粒成分含量的测量方法，参见图1，该方法具体包括如下步骤：
S101：获取籽粒的有效体积和重量；
在本步骤中，籽粒的有效体积指籽粒中去除空腔后的体积，主要包括：籽粒中的胚的体积、籽粒中的胚乳的体积和种皮的体积。通过CT扫描籽粒，基于三维图像分割法来获取籽粒的有效体积。对籽粒进行称重则可获取籽粒的重量。
S102：获取籽粒胚的密度以及获取籽粒胚乳的密度；
在本步骤中，对籽粒进行破坏性取样，获取胚样本块和胚乳样本块，分别对获取的胚样本块和胚乳样本块进行称重，则可获取胚样本块的重量和胚乳样本块的重量；通过对样本块进行CT扫描，基于三维图像分割法获取胚样本块的体积和胚乳样本块的体积。根据胚样本块的重量以及体积，则可计算出胚样本块的密度，该胚样本块的密度也是籽粒中胚的密度。通过计算胚的密度的方法也能够获取籽粒中胚乳的密度。
S103：根据所述籽粒的有效体积、籽粒的重量、籽粒胚的密度和籽粒胚乳的密度计算得到籽粒胚的体积和籽粒胚乳的体积。
在本步骤中，通过上述步骤S102得到籽粒中胚的密度和籽粒中胚乳的密度，通过上述步骤S101中得到籽粒的有效体积和籽粒的重量。根据这四个参数建立二元一次方程组，则可获取籽粒中胚的体积和籽粒中胚乳的体积。
具体的方程组如下所示：
V1+V2＝V；
p1·V1+p2·V2＝W；
其中，V1为籽粒胚的体积，V2为籽粒胚乳的体积，V为籽粒的有效体积，p1为籽粒胚的密度，p2为籽粒胚乳的密度，W为籽粒的重量。
从上述描述可知，本发明实施例提供的籽粒成分含量的测量方法，通过对籽粒进行取样，简单快速的获取籽粒中胚和胚乳的准确密度，结合籽粒的有效体积和重量实现获取种子内部胚和胚乳的体积。有效避免了采用三维软件处理无法准确确定胚和胚乳之间的分割线，导致降低了对籽粒内部的胚和胚乳进行分割时的分割精度的问题以及复杂繁琐的处理过程，实现提高种子成分的检测精度和检测效率。
本发明实施例提供了一种籽粒成分含量的测量方法。参见图2，上述步骤S103之后，具体还包括如下步骤：
S104：根据所述籽粒的有效体积、所述籽粒胚的体积和所述籽粒胚乳的体积计算籽粒中胚的体积占比和胚乳的体积占比。
在本步骤中，通过上述方法实施例，准确获取籽粒中胚的体积和胚乳的体积，通过计算，则可直接获取籽粒中胚的体积占比和胚乳的体积占比。
其中，籽粒中胚的体积占比为籽粒中胚的体积与籽粒的有效体积之比；
籽粒中胚乳的体积占比为籽粒中胚乳的体积与籽粒的有效体积之比。
从上述描述可知，本发明实施例通过对上述方式实施例获取的籽粒中胚的体积和籽粒中胚乳的体积进行处理，可以快速直接准确的获取籽粒的特征参数：籽粒中胚的体积占比和籽粒中胚乳的体积占比。
在一种可选实施方式中，提供了上述步骤S101的一种具体实施方式。参见图3，上述步骤S101具体包括如下步骤：
S1011：对所述籽粒进行CT扫描，获取所述籽粒的CT序列图像；
在本步骤中，采用CT扫描设备对籽粒进行180度的旋转扫描，旋转步长为0.6度，获取被扫描籽粒的CT序列图像。
S1012：对所述CT序列图像进行三维阈值分割获取籽粒中空腔体积和籽粒的总体积，其中，总体积与空腔体积的体积差为籽粒的有效体积。
在本步骤中，基于步骤S1011所获取的CT序列图像，基于三维图像分割法获取籽粒的体积以及籽粒中空腔的体积，籽粒的有效体积为：籽粒的体积与籽粒中空腔的体积差，该种子的有效体积等于籽粒中胚的体积、胚乳的体积和种皮体积之和。
从上述描述可知，基于三维图像分割法来获取籽粒的有效体积，提高检测籽粒有效体积的效率和准确率。
在一种可选实施方式中，提供了上述测量胚样本块的体积和胚乳样本块的体积的一种具体实施方式，具体包括如下步骤：
S1：分别对所述胚样本块和所述胚乳样本块进行CT序列扫描，分别获取所述胚样本块的CT序列图像和所述胚乳样本块的CT序列图像；
S2：分别对所述胚样本块的CT序列图像和所述胚乳样本块的CT序列图像进行三维阈值分割，分别获取所述胚样本块的体积和所述胚乳样本块的体积。
从上述描述可知，基于三维图像分割法来获取籽粒胚样本块的体积和胚乳样本块的体积，提高检测样本体积的效率和准确率。
为更近一步的对本发明的方法进行详细说明，本法明提供一种籽粒成分含量的测量方法的具体应用实例，具体内容如下：
利用显微CT扫描设备对待测籽粒进行高分辨率扫描成像，获得籽粒的三维图像数据，即CT原始数据，tif格式。
其中，显微CT扫描设备的参数设置为：扫描电压40kV，电流250μA，2K模式，分辨率9.01μm，X-ray光源到探测器的距离215.601mm，X-ray光源到籽粒的距离107.000mm，180°旋转扫描，旋转步长为0.6°。
将CT原始数据转换为8-bit未压缩BMP格式的截面灰度图像。
其中，图像重构在模块中，通过设置以下参数将断层扫描图像转换为8-bit未压缩BMP格式的截面灰度图像，
参数设置为：动态图像范围-100-13000(in HU)，对准补偿(post alignment)0.5-1.0，光束硬化校正(beam-hardening correction)60-80，环状伪影减少(ring-artifactsreduction)5-15。
结合三维阈值方法，得到籽粒有效体积0.297cm3，并利用高精度天平测得籽粒重量0.3713g。
对完整的籽粒的胚、胚乳进行破坏性取样，分别切割一块籽粒中的胚样本块和胚乳样本块，分别对胚样本块和胚乳样本块进行高精度显微CT成像。
其中，显微CT扫描设备的参数设置为：扫描电压40kV，电流250uA，2K模式，分辨率2.98μm，X-ray光源到探测器的距离280.611mm，X-ray光源到胚或胚乳的距离46.430mm，180°旋转扫描，旋转步长为0.6°，并将CT原始数据转换为8-bit未压缩BMP格式的截面灰度图像。
基于胚样本块的CT序列图像和胚乳样本块的CT序列图像，构建三维体素模型，计算出胚样本块和胚乳样本块的体积，分别为6.93mm3和1.86mm3。
分别利用高精度分析天平测得胚样本块和胚乳样本块重量，胚样本块和胚乳样本块的重量分别为0.0083g和0.0032g，进而计算出胚和胚乳的真实密度分别为1.19769g/cm3、1.72043g/cm3。
籽粒的重量W、籽粒的有效体积V、籽粒中胚的密度ρ1、籽粒中胚乳的密度ρ2均为已知，通过下列方程可以计算出籽粒中胚的体积V1和胚乳的体积V2，以及分别计算胚和胚乳的体积占比；
采用下式计算籽粒中胚的体积和胚乳的体积：
V1+V2＝V
ρ1V1+ρ2V2＝W
得到，籽粒胚的体积为0.029816cm3，胚乳的体积为0.2672cm3，根据下面公式计算胚和胚乳的体积占比：
籽粒胚体积占比＝V1/V
籽粒胚乳体积占比＝V2/V
得到，籽粒胚体积占比为10.04％，籽粒胚乳体积占比为89.97％。
从上述描述可知，本发明有效避免了采用三维软件处理无法准确确定胚和胚乳之间的分割线，导致降低了对籽粒内部的胚和胚乳进行分割时的分割精度的问题以及复杂繁琐的处理过程，实现提高种子成分的检测精度和检测效率。
本发明实施例提供了籽粒成分含量的测量装置，参见图4，该装置具体包括：
第一获取单元10，用于获取籽粒的有效体积和重量；
第二获取单元20，用于获取籽粒胚的密度以及获取籽粒胚乳的密度；
第一计算单元30，用于根据所述籽粒的有效体积、籽粒的重量、籽粒胚的密度和籽粒胚乳的密度计算得到籽粒胚的体积和籽粒胚乳的体积。
所述测量装置还包括：
第二计算单元40，用于根据所述籽粒的有效体积、所述籽粒胚的体积和所述籽粒胚乳的体积计算籽粒中胚的体积占比和胚乳的体积占比。
由上述技术方案可知，本发明所述的籽粒成分含量的测量装置，降低了检测过程中的复杂流程，效提高种子检测和鉴定的效率，重复性好，具有重要的应用价值。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而能够理解的是，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。类似地，应当理解，为了精简本发明公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释呈反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明并不局限于任何单一的方面，也不局限于任何单一的实施例，也不局限于这些方面和/或实施例的任意组合和/或置换。而且，可以单独使用本发明的每个方面和/或实施例或者与一个或更多其他方面和/或其实施例结合使用。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (10)
1.一种籽粒成分含量的测量方法，其特征在于，包括：
获取籽粒的有效体积和重量；
获取籽粒胚的密度以及获取籽粒胚乳的密度；
根据所述籽粒的有效体积、籽粒的重量、籽粒胚的密度和籽粒胚乳的密度计算得到籽粒胚的体积和籽粒胚乳的体积。
2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据所述籽粒的有效体积、所述籽粒胚的体积和所述籽粒胚乳的体积计算籽粒中胚的体积占比和胚乳的体积占比。
3.根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于，所述根据所述籽粒的有效体积、所述籽粒胚的体积和所述籽粒胚乳的体积计算籽粒中胚的体积占比和胚乳的体积占比的步骤，包括：
籽粒中胚的体积占比为籽粒中胚的体积与籽粒的有效体积之比；
籽粒中胚乳的体积占比为籽粒中胚乳的体积与籽粒的有效体积之比。
4.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述籽粒的有效体积为：籽粒的总体积与籽粒的空腔体积的体积差。
5.根据权利要求4所述的测量方法，其特征在于，获取籽粒有效体积的步骤，包括：
对所述籽粒进行CT扫描，获取所述籽粒的CT序列图像；
对所述CT序列图像进行三维阈值分割获取籽粒中空腔体积和籽粒的总体积，其中，总体积与空腔体积的体积差为籽粒的有效体积。
6.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述获取籽粒胚的密度以及获取籽粒胚乳的密度的步骤，包括：
对籽粒进行采样获取胚样本块和胚乳样本块
计算所述胚样本块的体积和重量以及计算胚乳样本块的体积和重量；
根据胚样本块的体积和重量计算胚的密度以及根据胚乳样本块的体积和重量计算胚乳的密度；
其中，胚样本块的密度与籽粒胚的密度相同，胚乳样本块的密度与籽粒胚乳的密度相同。
7.根据权利要求6所述的测量方法，其特征在于，计算胚样本块的体积以及计算胚乳样本块的体积，包括如下步骤：
分别对所述胚样本块和所述胚乳样本块进行CT序列扫描，分别获取所述胚样本块的CT序列图像和所述胚乳样本块的CT序列图像；
分别对所述胚样本块的CT序列图像和所述胚乳样本块的CT序列图像进行三维阈值分割，分别获取所述胚样本块的体积和所述胚乳样本块的体积。
8.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述根据所述籽粒的有效体积、籽粒的重量、籽粒胚的密度和籽粒胚乳的密度计算得到籽粒胚的体积和籽粒胚乳的体积的步骤，包括：
采用如下公式计算籽粒胚的体积和籽粒胚乳的体积：
V1+V2＝V；
p1·V1+p2·V2＝W；
其中，V1为籽粒胚的体积，V2为籽粒胚乳的体积，V为籽粒的有效体积，p1为籽粒胚的密度，p2为籽粒胚乳的密度，W为籽粒的重量。
9.一种籽粒成分含量的测量装置，其特征在于，包括：
第一获取单元，用于获取籽粒的有效体积和重量；
第二获取单元，用于获取籽粒胚的密度以及获取籽粒胚乳的密度；
第一计算单元，用于根据所述籽粒的有效体积、籽粒的重量、籽粒胚的密度和籽粒胚乳的密度计算得到籽粒胚的体积和籽粒胚乳的体积。
10.根据权利要求9所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括：
第二计算单元，用于根据所述籽粒的有效体积、所述籽粒胚的体积和所述籽粒胚乳的体积计算籽粒中胚的体积占比和胚乳的体积占比。
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