CN86103942A - 用于分割植物材料的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种用光学手段检测植物材料结构并进行分割的方法和装置，用摄象机对植物材料扫描，其图象信号表示以二维象素列阵的方式显示植物材料的黑白图象。通过系统地确定阵列中所给定的每个象素的颜色来进行图象信号的处理，并且把以象素显示的植物坐标记录在数据库中，作为该植物材料的坐标图。所选定的植物特征能够被识别出来，与该特征相对应的坐标被用以确定分割部位。微电子计算机根据定好的程序驱动切割机切出选定分量的植物材料。

Description

本发明涉及对植物微繁殖技术的改进，更详细地说，它是一种分割植物材料的方法和装置。

植物微繁殖的好处是众所周知的：

1，它提供了一种控制植物病害，从而改进植物品种的既方便而又有效的方法。而免除病害，这一点正在成为象对中东这类有前途的出口市场所施加的在检疫要求方面的日益重要标志。

2，植物的微繁殖，它能提供一种快速增殖的方法。除了作为达到数量显著增加的手段这一普遍性意义之外，它还给人们带来其它一些特殊的好处。对于商品化数量的新品种的生产，可以通过手工操作的微繁殖，大约只需化费以传统方法所需时间的一半就能达到。甚至对于象藤本植物这样很容易靠切条进行繁殖的物种来说，能为快速地增加大批新品种提供方便，也是非常重要的。

3，微繁殖技术，它使得更加多产地利用空间成为可能性。植物的再次培养有助于取得对于实验室空间令人满意的高空间利用率。也鼓励更好地利用暖房以及植物的“耐性锻练”空间。在季节性的市场供应地方，由于品种的快速增殖，就不必在库房中长期留有空闲的场地，而新品种的数量却可以增加。在温度、光照周期以及养分平衡受到控制的条件下，可以在一年的任何时间持续进行操作。培养性质的储存，或者将温度降低，都可用来减缓植物的生长速率，以便适应季节性需要提供在时间上密切配合的高产量。

将微繁殖技术在物种上的应用将要求识别植物材料、培养基以及培育条件三者之间的关系是否得到满足。已设想过经标准化微繁殖作业步骤的物种分布区域正在随着微繁殖技术在商品化应用上的潜在领域的不断增长而迅速地增加。涉足微繁殖工作的澳大利亚人以及别的一些外国苗木培养者的人数在最近六年内已经大大增加了。已经采纳的主要途径有两条：首先是将实验室与现存的苗圃一体化，随后是将此苗圃大大地扩充。要么建立实验室，要么将培养中的植物销售给其它苗圃，二者交替地进行。在经过缓慢的开端之后，对于微繁殖植物的苗圃和种植者的要求也正在迅速地增加。

通过器官培养进行微繁殖的操作顺序，简述如下：

1，初始培养。从精选的植物上取下嫩枝，进行表面消毒，尔后放到灭菌的培养基中。

2，这些嫩枝上的芽最终也要生长，并被再次培养成嫩枝的增殖基（无菌的增殖基）。

3，嫩枝迅速地在灭菌的培养基中生长，提供大量的无性系嫩枝。为了增加嫩枝的数量并维持品系不变，每隔3至4周嫩枝要再次培养出新鲜的无菌增殖基。

4，当嫩枝的样品在皮氏培养皿或类似的容器再次培养成根围时，根也得到发育。

植物通常是在大量皮氏培养皿中进行快速处理的。植物接受者将植物从皮氏培养皿移至未灭过菌的条件下，并在湿度很高的环境中针对外在条件进行“健化”。

再次培养通常是在移种室内进行的。在移种室内，使用消过毒的镊子将它们从容器中移出，使用消过毒的解剖刀将它们分割，通常都是非常粗略地分割成一簇簇的嫩枝，然后放到新鲜的培养基中。

在这种作业过程中，最大的代价是将嫩枝从一种基再次培养成另一种基所化费的劳动。再次培养的费用至少为所有其它作业过程所需费用的三倍。其理由可以用乔木的再次培养加以说明。对于一名熟练的技术人员来说，每天能完成1，000次移种操作，在这里都是绝对的最高指标。类似这样高的生产率所造成的紧张感要看这些操作是在宏观还是在微观范围内进行。除此之外，在许多实验室中，无菌状态的控制是不完善的，以至于污染损耗就可能非常之多。植物容器的净化、配备、控制和在切条的储存与耐性锻练地面之间的周转以及将其移到耐性锻练基中，这些操作也是紧张的劳动。

因而，目前澳大利亚的和国外的苗木培养工业对于满足微繁殖植物要求的能力严重地受到在微繁殖过程中使用的手工切条过程的化费，以及甚至要靠最熟练的操作人员不带有害情绪才能够每天完成最大数量操作的限制。

所以，本发明的目的在于提供一种分割植物材料的方法和装置。它将克服以上不利因素，或者至少使这种不利状况得到改善。

因此，问题的一方面在于本发明是一种分割植物材料的方法，这种植物材料应具有能用光学手段检测的结构，并可根据植物材料的结构规律进行检测。上述方法所包括的步骤是：对植物材料进行扫描，以便产生出代表上述植物结构的图象信号;根据上述植物结构规律，从图象信号中确定植物材料的分割部位，并且产生一个指示上述分割部位的分割信号。

作为一种最佳选择，本方法进一步包括的步骤是：对图象信号进行处理，以便提供上述植物结构的座标图;对与选定的上述结构特征对应的座标进行识别，并从对应于选定特征的上述座标中确定出上述分割部位。

经信号化的图象，按照二维象素列陈的方式显示植物材料的双色调图象，其中每个象素要给定为背景的色调或者植物的色调。通过系统性地确定陈列中所给的每个象素的色调来进行图象信号的处理，并且记录植物色调的座标，以便形成座标图。例如：同选定特征的枝梢和枝节相对应的座标，其识别手段是靠确定先期检定过的那些邻近象素是显示背景还是植物来进行的。

根据以上提出的方法，给定每个图象的色调的系统性确定是在两个不同方向的每一方向上按顺序进行的，而且把每个方向上识别出来的选定特征的座标进行平均。用这样的方法，可以得到枝梢不能用其它方法识别的道理，因为枝在倾斜时是偏离了象素受到扫描的方向。

在上述方法中，当枝是由选定最低为20个象素构成时，枝梢就能被识别出来。这样就能防止把极小的枝或者一小块不相关的物质识别成枝梢。

问题的另一方面在于，本发明是一种分割植物材料的装置，这种植物材料具有能用光学手段检测的结构，并可根据植物材料的结构规律进行检测。上述装置包括：用于对植物材料进行扫描，并能产生出代表上述植物结构信号的图象信号发生器;根据上述结构规律从图象中确定分割部位，并且产生出指示上述分割部位的分割信号的信号处理设备;以及对在上述部位分割植物材料的上述分割信号产生响应的切割设备。

作为一种最佳选择，该信号处理设备能从上述图象信号中提取植物结构的座标图，并能识别出与选定的植物结构特征相对应的座标。

在最佳实施方案中，这种图象信号是由电荷耦合器件产生的，而后者是与带微电子计算机的信号处理设备相接口的。

所述的切割设备，最好是一种装在能够在植物材料上方移动的自动装置托架上，可供选择性地操作切割刀。

这种切割刀可以呈圆形，以便在每次开动时能够切出选定份量的植物材料。

现在，本发明的一种实施方案仅参照附图，并通过实例的方法加以描述。其中：

图1，表示本发明所述装置的透视图;

图2，表示使用图1所示装置中的向下扫描程序的流程图;

图3，表示由图2所示部分流程构成的象素处理程序流程图。

参阅图1，本发明所述的装置包括一台构成图象信号发生器的电荷耦合器件摄象机（11）。此电荷耦合器件摄象机（11）实际上就是一台带有RS170标准型视频接口的Thomson-CSF电荷耦合器件摄象机。电荷耦合器件摄象机（11）经过系列为1000的chorus数据系统的视频吸收板（Video    capture    board）（15）与Oliretti    M24微型计算机（16）相连。代表放在连续传送带（13）上的植物（12）结构的，经电荷耦合器件摄象机（11）扫描得到的信号能为视频吸收板（15）所俘获，并且在输入微型计算机（16）的主存储器之前，该信号就被数字化了。将植物对照高对比色的背景进行扫描，而电荷耦合器件摄象机（11）对植物（12）的扫描是由微型计算机（16）控制的。于是，启动电荷耦合器件摄象机（11）就给出植物（12）的信号图象。

存储在微型计算机（16）中的数字化信号所代表的是按二维象素列阵（水平方向为640个象素;垂直方向为400个象素）的植物的双色调图象。给定每个象素的色调，使它们要么跟背景对应，要么跟植物对应。数字化的图象信号的处理是通过系统性地确定阵列中每个象素所给定的色调，并将植物色调的座标记录在数据库中以构成座标图来实现的。

此外，与植物的枝梢和枝节（枝的相交处）对应的座标能够被识别，并存入数据库。阵列中每个象素的系统性处理要进行二次，一次是使用向下的扫描程序，一次是使用向上的扫描程序。向下扫描程序和向上扫描程序是在不同的方向上依次对象素进行处理。而且，通过每一扫描程序得到的与枝梢和枝节相对应的座标是经过平均化的。

图2表示向下扫描程序的流程图，图象的处理是从左上角开始，一个象素挨着一个象素地进行，一行挨着一行地由上向下进行处理。向上扫描程序（图中未表示）实际上是完全相同的，只不过每个象素的处理是一行挨着一行地由下向上进行的。

图3是象素处理程序的流程图，这种程序是向下扫描程序的子程序。在此象素处理程序中，第一步是对向上倾斜的枝进行反向扫描，之所以这样要求是因为，在象素处理程序中所用的相同枝的识别技术是在于确定：所显示的是背景还是枝，它是以象素在被处理过的象素左面，象素在左上方以及象素直接就在上方为依据的。因此，向左上方倾斜的枝，一直到看出直接在被处理过象素上方的象素是代表植物为止，开始识别为新枝。这样一经确定，反向扫描所提供的方便就是：能够标记出直接处于左边的植物象素，与被识别为直接处于被处理过象素上方的植物象素是在同一个枝上。

从图3中可以看到，对于技术熟练的人员来说，此程序中留下来的各步骤是显见的。

本发明所述的装置还包括可由微型计算机（16）操纵的以切割机械（17）的形式出现的切割设备，利用该切割设备在被确定的切割部位对植物（12）进行切割。此切割机械（17）有一把圆形截面的管状切割刀（18），它安装在往复式电磁铁（19）上。移动切割刀（18），并对植物（12）进行切割，都是在微型计算机（16）的控制下靠电磁铁（19）作选择性驱动的。电磁铁（19）是装在框架（20）上的，以便能由两台步进电机（21）驱动使它在植物（12）的上方移动。步进电机（21）是由指示切割部位的两个一维信号单独操纵的，而这些一维信号是由微型计算机（16）产生的，每次都让电磁铁（19）在两个互相垂直的方向上运动。这样一来，切割刀（18）就可在由框架（20）的行程所限定的切割平面内运动到任何位置。切割刀（18）在每一瞬间的位置是由微型计算机（16）通过大量存储的激励脉冲以及输给步进电机（21）的激励脉冲的方向确定的。传感器（22）是用来对计算出来的切刀位置和实际的切刀位置作周期性校正用的。

在切割机械（17）底下植物（12）的对准是可以借助连续传送带（13）上的参考孔（14）来进行，而植物（12）也是放在此传送带（13）上的。

由微型计算机（16）确定的切割部位，乃是枝节的中心，而且是一个距离枝梢为4毫米的点。切口的直径为5毫米，并且是以上述切割部位为中心的。所以，被选定的植物材料量也就是每次动作时的切割量。在大多数被子植物的情况下，这样可以确保被分割的植物含有足够的分生组织，并且使分化出来的细胞发育，保证单体无性系繁殖。

Claims (20)

1、一种根据植物材料的结构规律，对具有能用光学手段检测其结构的植物材料进行分割的方法，其特征在于，上述方法所包括的步骤是：对植物材料进行扫描，以便产生出代表上述植物结构的图象信号；根据上述植物结构规律从图象信号中确定植物材料的分割部位，并产生一个指示上述分割部位的分割信号。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，本方法进一步还包括的步骤是：对图象信号进行处理，以便提供上述植物结构的座标图;对与选定的上述结构特征相对应的座标进行识别，并从对应于选定特征的上述座标中确定出上述分割部位。

3、如权利要求2所述的方法，其特征在于，上述图象信号是以二维图象列阵的方式显示植物材料的双色调图象，同时把每个象素给定为背景色调或者植物的色调。

4、如权利要求3所述的方法，其特征在于，图象信号的处理是靠系统性地确定上述阵列中所给定的每个象素的色调，并且记录植物色调的座标，以便形成上述座标图。

5、如权利要求4所述的方法，其特征在于，与上述选定的结构特征相对应的座标，它的识别是靠确定先期检定过的那些邻近象素是显示背景还是植物来进行的。

6、如权利要求5所述的方法，其特征在于，给定每个象素的色调的系统性确定是在两个不同的方向的每一方向上按顺序进行的，而且对由每个方向上识别出来的上述所选定特征的座标进行平均。

7、如权利要求2至5中任一项权利要求所述的方法，其特征在于，上述结构特征是指植物材料的枝梢和枝节（枝的连接处）。

8、如权利要求7所述的方法，其特征在于，当枝是由选定的最低数量象素构成时，其中的枝梢能被识别。

9、如权利要求7所述的方法，其特征在于，所选定的上述最低象素数为20。

10、如权利要求2至9中任一项权利要求所述的方法，其特征在于，上述分割部位是指离开上述选定特征有一选定距离的部位。

11、一种根据植物材料的结构规律，对具有能用光学手段检测其结构的植物材料进行分割的方法，其特征在于，上述方法在此实质上是参照附图进行描述的。

12、一种根据植物材料的结构特征，对具有能用光学手段检测其结构的植物材料进行分割的装置，其特征在于，上述装置包括：用于对植物材料进行扫描，并能产生出代表植物结构的信号的图象信号发生器;根据上述结构规律从图象信号中确定分割部位，并且产生出指示上述分割部位的分割信号的处理设备;以及对在上述部位分割植物材料的上述分割信号产生响应的切割设备。

13、如权利要求12所述的装置，其特征在于，上述信号处理设备能从上述图象信号中提取植物结构的座标图，并能识别出与选定的结构特征相对应的座标。

14、如权利要求13所述的装置，其特征在于，上述信号处理设备还包括一个数据库，用来存储上述座标图以及与选定特征相对应的上述座标。

15、如权利要求12至14中任一项权利要求所述的装置，其特征在于，上述的图象信号是由电荷耦合器件产生的。

16、如权利要求15所述的装置，其特征在于，上述电荷耦合器件是与带微型电子计算机的信号处理设备相接口的。

17、如权利要求12至16中任一项权利要求所述的装置，其特征在于，该植物材料是对照高对比色的背景进行扫描的。

18、如权利要求12至17中任一项权利要求所述的装置，其特征在于，上述切割设备包括一个可供选择性操作的切割刀，切割刀被安装成能在植物材料上方移动的。

19、如权利要求18所述的装置，其特征在于，切割刀具有圆形截面，以便在每次开动时能够切出选定份量的植物材料。

20、一种根据植物材料的结构规律，对具有能用光学手段检测其结构的植物材料进行分割的装置，其特征在于，上述装置在此实质上是参照附图进行描述的。

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