基于時(shí)間對(duì)比分析法的散斑種子活力檢測(cè)

趙瑛琦　肖江

摘 要 生物散斑是激光照射在生物體表面產(chǎn)生的散斑現(xiàn)象。生物散斑的變化與生物體內(nèi)的某些性質(zhì)相關(guān)，因而作為一種新型檢測(cè)技術(shù)被廣泛研究。生物散斑具有非接觸、無(wú)創(chuàng)傷、高精度、高靈敏度、抗干擾能力強(qiáng)和操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在農(nóng)林業(yè)上得到了廣泛應(yīng)用。運(yùn)用激光散斑技術(shù)測(cè)量麻皮豌豆種子活力，通過(guò)時(shí)間對(duì)比分析法（LSTCA）處理部分散斑圖像，得到不同的散斑值曲線，將結(jié)果與栓皮櫟種子實(shí)際發(fā)芽結(jié)果對(duì)比，結(jié)果表明：利用散斑值曲線無(wú)損快速區(qū)分栓皮櫟種子的活力可以實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞 激光散斑；種子活力檢測(cè)；時(shí)間對(duì)比分析法；圖像處理

中圖分類號(hào)：S643.3；TP391.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2017.24.068

散斑現(xiàn)象最早被發(fā)現(xiàn)于1960年，即激光器被發(fā)明出來(lái)不久，人們發(fā)現(xiàn)被激光器照射的物體表面呈現(xiàn)顆粒結(jié)構(gòu)，這種顆粒狀態(tài)被稱為激光散斑[1]。在最開始，人們將這種顆粒狀態(tài)當(dāng)作光學(xué)系統(tǒng)圖像中的“噪聲”，一度想盡辦法消滅它們，然而隨著科技的發(fā)展，散斑現(xiàn)象在很多領(lǐng)域大展拳腳。激光散斑技術(shù)自引入以來(lái)，便被飛速的研究和利用，人們?cè)趥鹘y(tǒng)的五種方法（GD、IM、FUJII、LSTCA、LSSCA）的基礎(chǔ)上不斷改進(jìn)，研究出了可以提高運(yùn)算速度并提高精度的各種方法[2]。植物種子無(wú)損檢測(cè)作為一個(gè)對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)量和銷售有著很大影響意義的指標(biāo)，引入激光散斑技術(shù)對(duì)其有著重要的意義[3]。本文利用LSTCA算法對(duì)豌豆種子進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得出結(jié)論。

1 材料與方法

LSTCA法的定義式為：

（1）

式中，i，j為點(diǎn)的位置坐標(biāo)，t為某一曝光時(shí)刻，其取值范圍為t0～T；x為元素的灰度值，N為曝光圖像的總數(shù)，為所有圖像中該點(diǎn)的灰度值的平均值。LSTCA法和LSSCA法所使用的統(tǒng)計(jì)公式相同，都是用標(biāo)準(zhǔn)差和平均值的比值作為所求的對(duì)比值；不同點(diǎn)在于：LSSCA法是采用小窗口進(jìn)行劃分，求得每一個(gè)窗口的對(duì)比值，而LSTCA法是對(duì)確定點(diǎn)的每張圖中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，因此這個(gè)方法不能夠做到實(shí)時(shí)處理[5]。

將豌豆種子分為5個(gè)活力等級(jí)，每個(gè)等級(jí)50粒，共250粒實(shí)驗(yàn)樣本?；罘N子組不做任何處理，其他4組放到老化箱中進(jìn)行人工老化。具體步驟為：保持老化箱溫度60 ℃，時(shí)間分別控制在3、6、9 h，最后一組為100 ℃，老化時(shí)間為10 h，即為死種子。然后開始采集圖像。

250粒種子放入培養(yǎng)皿中培養(yǎng)。保持培養(yǎng)皿濕度，并保證光照和25 ℃的室溫，每隔1 h采集一次圖像，圖像為512幀的視頻。第一天從9：00—21：00，共采集12次視頻，之后兩天在9：00和21：00各采集一次，共采集16次視頻。

2 圖像采集

實(shí)驗(yàn)采用反射型試驗(yàn)裝置，利用氦氖激光器發(fā)射光源，通過(guò)透鏡將光線擴(kuò)束，調(diào)整反射鏡的位置，使得光線反射到實(shí)驗(yàn)樣本上。CCD攝像機(jī)位于樣本正上方，負(fù)責(zé)采集圖片，并上傳到其連接的上位機(jī)。原理如圖1所示。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中每段視頻規(guī)格為512幀，達(dá)到幀數(shù)自動(dòng)停止。利用avi轉(zhuǎn)成jpg圖像，即每個(gè)視頻得到512張圖片，然后將散斑圖轉(zhuǎn)化為計(jì)算時(shí)所需要的灰度圖，圖2為實(shí)驗(yàn)采集的可見光圖片和散斑圖片。

3 數(shù)據(jù)處理

為了更好地提取種子區(qū)域的二值圖，需要將原來(lái)的散斑圖進(jìn)行處理，去掉可能對(duì)提取有干擾的噪點(diǎn)。預(yù)處理過(guò)程如圖3所示。

程序運(yùn)行結(jié)束后，所有的散斑值都保存在Excel表格中，根據(jù)這些數(shù)據(jù)開始繪制每一種種子的特性曲線。按照種子的根長(zhǎng)將種子的活力分為5個(gè)等級(jí)，等級(jí)1活力值最低，等級(jí)5活力值最高。并將散斑值化為1～100之內(nèi)的數(shù)值，畫出時(shí)間對(duì)比分析方法下的折線圖如圖4所示。

參考文獻(xiàn)

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（責(zé)任編輯：趙中正）endprint