Smart Agriculture ›› 2024, Vol. 6 ›› Issue (1): 135-146.doi: 10.12133/j.smartag.SA202309011
收稿日期:2023-09-11
出版日期:2024-01-30
作者简介:通信作者:
MAO Yongwen(
), HAN Junying(
), LIU Chengzhong
Received:2023-09-11
Online:2024-01-30
Foundation items:Gansu Provincial University Innovation Fund Project in China(2021A-056); Gansu Provincial University Industry Support and Guidance Project in China(2021CYZC-57)
About author:MAO Yongwen, E-mail: halomyw@163.com
Corresponding author:摘要:
目的/意义 胡麻种子的周长、面积、长短轴和千粒重是胡麻考种过程中常用的参数,对于胡麻的育种、栽培,以及种子品质和性状的评估都具有重要的意义。 方法 针对胡麻种子自动化考种时出现的数据统计错误率高、效率低等问题,基于机器视觉研究胡麻种子的轮廓特点、探索形态特征的测量方法,针对籽粒重叠现象提出基于融合角点特征的轮廓拟合图像分割方法,设计胡麻种子自动化考种数据实时分析系统,最终实现胡麻种子自动化考种的研究。本研究在工业相机获取的胡麻种子图像上进行试验。 结果和讨论 提出的自动化考种方法对不同品种胡麻种子的统计识别准确率达97.28%,百粒种子平均处理时长69.58 ms,相较于极限腐蚀算法、基于距离变换的分水岭算法,平均计算准确率比极限腐蚀算法提升19.6%,平均运算时间低于直接使用分水岭算法所需时间。 结论 自动化考种方法具有更好的计算准确率和处理速度,能够更准确地批量获取胡麻种子的形态学特征参数,使测量误差能够保持在10%以内,可为今后胡麻考种相关工作提供技术支撑,助力相关产业发展。
毛永文, 韩俊英, 刘成忠. 基于机器视觉的胡麻种子自动化考种方法[J]. 智慧农业(中英文), 2024, 6(1): 135-146.
MAO Yongwen, HAN Junying, LIU Chengzhong. Automated Flax Seeds Testing Methods Based on Machine Vision[J]. Smart Agriculture, 2024, 6(1): 135-146.
表1
胡麻种子图像分割方法对比表
| 品种 | 编号 | 个数 | 各方法统计种子数 | 各方法计算准确率/% | 各方法运算时间/ms | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 极限腐蚀 (正负偏差) | 分水岭 (正负偏差) | 本文算法 (正负偏差) | 极限腐蚀 | 分水岭 | 本文算法 | 极限腐蚀 | 分水岭 | 本文算法 | |||
| 同白亚3号 | 1 | 100 | 93(-7) | 98(-2) | 107(+7) | 93.00 | 97.96 | 93.00 | 52 | 2 353 | 64 |
| 2 | 150 | 137(-13) | 146(-4) | 160(+10) | 91.33 | 97.26 | 93.33 | 56 | 3 778 | 66 | |
| 3 | 200 | 180(-20) | 193(-7) | 201(+1) | 90.00 | 96.37 | 99.00 | 62 | 4 578 | 72 | |
| 平均值 | 150 | 136.67 | 145.67 | 156.00 | 91.44 | 97.20 | 95.11 | 56.67 | 3 569.67 | 67.33 | |
| 坝亚21号 | 1 | 100 | 36(-64) | 95(-5) | 96(-4) | 36.00 | 95.00 | 96.00 | 46 | 2 390 | 62 |
| 2 | 150 | 65(-85) | 141(-9) | 150- | 43.33 | 94.00 | 100.00 | 47 | 3 437 | 69 | |
| 3 | 200 | 93(-107) | 179(-21) | 200- | 46.50 | 89.50 | 100.00 | 49 | 4 350 | 71 | |
| 平均值 | 150 | 64.67 | 138.33 | 148.67 | 41.94 | 92.83 | 98.67 | 47.33 | 3 392.33 | 67.33 | |
| NM-21-10 | 1 | 100 | 85(-15) | 97(-3) | 99(-1) | 85.00 | 97.00 | 99.00 | 53 | 2 221 | 68 |
| 2 | 150 | 125(-25) | 141(-9) | 149(-1) | 83.33 | 94.00 | 99.33 | 55 | 3 280 | 75 | |
| 3 | 200 | 169(-31) | 188(-12) | 200- | 84.50 | 94.00 | 100.00 | 64 | 4 157 | 79 | |
| 平均值 | 150 | 126.33 | 142.00 | 149.33 | 84.28 | 95.00 | 99.44 | 57.33 | 3 219.33 | 74.00 | |
| 08006-375 | 1 | 100 | 92(-8) | 96(-4) | 105(+5) | 92.00 | 95.83 | 95.00 | 52 | 2 411 | 64 |
| 2 | 150 | 139(-11) | 145(-5) | 158(+8) | 92.67 | 96.55 | 94.67 | 56 | 3 453 | 71 | |
| 3 | 200 | 189(-11) | 194(-6) | 204(+4) | 94.50 | 96.91 | 98.00 | 61 | 4 764 | 74 | |
| 平均值 | 150 | 140.00 | 145.00 | 155.67 | 93.06 | 96.43 | 95.89 | 56.33 | 3 542.67 | 69.67 | |
| 平均值 | 150 | 116.92 | 142.75 | 152.42 | 77.68 | 95.37 | 97.28 | 54.42 | 3 431.00 | 69.58 | |
表2
胡麻种子形态数据
| 品种 | 编号 | 个数 | 短轴/mm | 长轴/mm | 周长/mm | 面积/mm² |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 同白亚3号 | 1 | 100 | 3.13 | 6.20 | 14.23 | 15.59 |
| 2 | 150 | 3.06 | 6.13 | 14.01 | 15.52 | |
| 3 | 200 | 2.92 | 5.85 | 13.37 | 14.37 | |
| 平均值 | 150 | 3.04 | 6.06 | 13.87 | 15.16 | |
| 坝亚21号 | 1 | 100 | 3.43 | 6.60 | 15.24 | 18.14 |
| 2 | 150 | 3.25 | 6.31 | 14.52 | 17.20 | |
| 3 | 200 | 3.42 | 6.59 | 15.21 | 17.98 | |
| 平均值 | 150 | 3.37 | 6.50 | 14.99 | 17.77 | |
| NM-21-10 | 1 | 100 | 3.22 | 5.91 | 13.83 | 15.94 |
| 2 | 150 | 3.18 | 5.79 | 13.60 | 15.34 | |
| 3 | 200 | 3.29 | 6.04 | 14.15 | 16.22 | |
| 平均值 | 150 | 3.23 | 5.91 | 13.86 | 15.83 | |
| 08006-375 | 1 | 100 | 3.05 | 6.03 | 13.83 | 15.01 |
| 2 | 150 | 3.17 | 6.24 | 14.33 | 15.64 | |
| 3 | 200 | 3.21 | 6.34 | 14.56 | 15.90 | |
| 平均值 | 150 | 3.14 | 6.20 | 14.24 | 15.52 | |
| 平均值 | 150 | 3.19 | 6.17 | 14.24 | 16.07 | |
表3
胡麻种子测量数据对比
| 品种 | 编号 | 考种短轴/mm | 考种长轴/mm | *测量短轴/mm | *测量长轴/mm | 平均误差/% |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 同白亚3号 | 1 | 3.13 | 6.20 | 2.91 | 5.78 | 7.41 |
| 2 | 3.06 | 6.13 | 2.98 | 5.83 | 3.92 | |
| 3 | 2.92 | 5.85 | 2.72 | 5.68 | 5.71 | |
| 平均值 | 3.04 | 6.06 | 2.87 | 5.76 | 5.50 | |
| 坝亚21号 | 1 | 3.43 | 6.60 | 3.28 | 6.19 | 5.60 |
| 2 | 3.25 | 6.31 | 3.03 | 6.10 | 5.35 | |
| 3 | 3.42 | 6.59 | 3.17 | 6.15 | 7.52 | |
| 平均值 | 3.37 | 6.50 | 3.16 | 6.15 | 6.16 | |
| NM-21-10 | 1 | 3.22 | 5.91 | 3.48 | 6.12 | 5.45 |
| 2 | 3.18 | 5.79 | 3.23 | 6.05 | 2.92 | |
| 3 | 3.29 | 6.04 | 3.52 | 6.19 | 4.48 | |
| 平均值 | 3.23 | 5.91 | 3.41 | 6.12 | 4.28 | |
| 08006-375 | 1 | 3.05 | 6.03 | 3.27 | 6.24 | 5.05 |
| 2 | 3.17 | 6.24 | 2.98 | 6.12 | 4.17 | |
| 3 | 3.21 | 6.34 | 3.13 | 6.01 | 4.02 | |
| 平均值 | 3.14 | 6.20 | 3.13 | 6.12 | 4.41 | |
| 平均值 | 3.19 | 6.17 | 3.14 | 6.04 | 5.09 | |
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