农业机械学报

作者：卢伟,李也,王玲,罗慧,孙国祥,汪小旵

单位：南京农业大学;江苏省现代设施农业技术与装备工程实验室,南京农业大学;江苏省现代设施农业技术与装备工程实验室,南京农业大学;江苏省现代设施农业技术与装备工程实验室,南京农业大学;江苏省现代设施农业技术与装备工程实验室,南京农业大学;江苏省现代设施农业技术与装备工程实验室,南京农业大学;江苏省现代设施农业技术与装备工程实验室,

关键词：玉米种子; 根系表型; 种子活力; 腐蚀生长算法; 图像修复

基金：国家自然科学基金项目（11604154）、江苏省自然科学基金面上项目（BK20181315、BK20170727）、江苏省农机三新工程项目（SZ120170036）、Asia Hub南京农业大学-密歇根州立大学联合研究项目（2017-AH-11）和扬州市重点研发计划（现代农业)项目(YZ2018038）

针对图像法根系表型检测中因土壤遮挡而导致根系图像断裂的问题，提出一种基于腐蚀生长算法的玉米根系修复方法，并进行了不同活力玉米种子早期根系表型研究。首先，采用长方形扁平结构透明培养容器种植玉米，迫使其根系贴壁生长，可得到清晰的玉米根系图；通过偏振镜和单反相机采集图像，并采用灰度化、二值化、水漫算法等对图像进行预处理，可有效去除因设备反光和土壤色差造成的各类噪声。其次，基于玉米根系的向水性、向地性、连续性等生理特性，提出5条图像修补规则，即端点判定规则、分叉点判定规则、内部连续性规则、片段生长规则、近邻生长规则，在以上规则约束下，通过细化图像得到单像素连接的根系骨干，以各个根段的末端点为起点向中心腐蚀，并为属于不同根段的点集标记不同编号，根据不同根段间的端点导数值和平均导数值等参数，连接根段，实现根系的修补，从而得到完整根系图像。最后，基于所提图像修复算法对不同活力的玉米种子根系图像进行表型研究，发现在相同时间，根系数目、根系宽度、根系长度、根系延展长度与玉米种子活力均呈现明显负相关；以上4个生理参数的增速与种子活力呈现明显正相关。研究表明，本文所提的根系修复算法可用于作物根系高通量表型无损检测。

来源：2020年第4期

《农业机械学报》期刊编辑部

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