一種棉花葉片表型性狀快速精準鑒定方法技術

本發明專利技術公開了一種棉花葉片表型性狀快速精準鑒定方法，涉及棉花葉片表型性狀鑒定技術領域，其技術方案要點是：基于圖像識別技術，對俯視拍攝的放入了標準形狀、大小的比色卡的棉花田間試驗小區群體冠層葉面圖像，通過葉片圖像分析系統的自動分析判斷，快速精準確定該試驗小區群體的葉片形狀、葉片大小、葉片顏色，對試驗材料葉片表型性狀進行測量鑒定，具體包括以下步驟：S1、圖像采集；S2、圖像校正；S3、圖形分割；S4、圖形分析計算。本發明專利技術采用圖像識別技術，利用葉片圖像分析系統對拍攝的葉面圖像進行自動分析智能判斷，能夠快速精準確定該試驗小區群體的棉花葉片形狀、葉片大小、葉片顏色，對試驗材料葉片的表型性狀進行快速精準的測量鑒定。量鑒定。量鑒定。

【技術實現步驟摘要】
一種棉花葉片表型性狀快速精準鑒定方法


[0001]本專利技術涉及棉花葉片表型性狀鑒定
，更具體地說，它涉及一種棉花葉片表型性狀快速精準鑒定方法。

技術介紹

[0002]棉花生產的發展離不開棉花科技的支撐。在棉花科學研究工作中，棉花葉片表型性狀的觀察鑒定是棉花種質資源和品種選育科研工作中非常重要的基礎性的工作。在棉花種質資源研究和品種選育研究工作中，對參加試驗的種質資源和品種品系等棉花試驗材料的葉片表型性狀的觀察鑒定，研究不同試驗材料之間性狀表現差異，找出最有利于產量形成和優異纖維品質形成的對應關系以及不同生育時期所起到的作用，是十分重要的基礎性的研究工作。
[0003]作為最主要的光合作用器官，棉花葉片的葉片大小(葉面積)、葉片形狀、葉片顏色、葉基斑、葉蜜腺等表型性狀表現直接或間接影響到棉花的生長發育和生理特性表現，其中葉片大小(葉面積)、葉片形狀直接影響著棉花的光合作用、呼吸作用、蒸騰作用等，和棉花的產量、纖維品質都有著直接緊密的關系。葉面積的大小不僅直觀地影響了作物在進行光合作用過程中有機物的累積，同時農業工作者可通過對植株葉面積的觀察，對作物的生長狀況進行一個大致的判定。因此，棉花葉片性狀研究對于棉花生產實際也有重要意義。
[0004]隨著現代大數據信息技術的發展，對棉花表型性狀的精準研究，需要大量的田間試驗觀測鑒定數據支撐?，F代棉花種質資源研究進入基因組學和分子生物學時代，利用棉花全基因組重測序技術分析種質資源，可以明確其基因型特點，從而在全基因組水平闡明其遺傳多樣性變異。同時，棉花種質資源表型性狀的系統規范的精準鑒定評價直接影響到重要性狀相關標記或基因位點的分析。因此，對大量的棉花種質資源的表型進行高通量精準鑒定評價，這是現代棉花種質資源研究的基礎研究。面對這種要求，傳統的表型性狀鑒定方法手段已不堪重任。
[0005]對于棉花葉片來說，傳統測量植物葉面積的方法，主要由以下幾種。方格法(將葉片的輪廓描在標準計算紙上，統計葉輪廓占的小方格數即得到用方格法定的葉面積)、紙重法(又稱剪紙稱重法將方格去測葉面積時描繪在標準計算紙上的葉形沿輪廊線剪下，得到紙模，在電子分析天平上稱得紙模重量，將此重量除以單位面積標準紙重即得到用紙重法估測的葉面積)、系數法(又稱直尺法，該法將量出各片葉的長度、寬度，再求出一定系數下的乘積即得到估測的葉面積)以及打孔稱重法和干重法等。這些方法繁瑣、低效，大多需要離體葉片在室內進行，在精準性方面也難盡人意。
[0006]其中，系數法(又稱直尺法)可田間非離體進行人工測量，是棉花種質資源和品種選育科研實踐中常用的方法(當面對大量參試材料，也有直接通過肉眼觀察依靠經驗與對照試驗材料進行對比判斷，定性確定的做法)。而對于棉花葉片形狀、葉片顏色、葉基斑、葉蜜腺的鑒定，長期以來的傳統做法，主要是由試驗人員在田間依據一定的標準，依靠經驗通過肉眼觀察，與對照試驗材料(對照)進行對比判斷確定。測量鑒定結果用鉛筆記錄在記載
本上。
[0007]這種傳統純人工操作的做法，是在一定范圍內兼顧效率和精準性要求妥協的結果。必然存在著人為誤差大、效率低下、田間工作強度高等問題，試驗結果的準確性和精確性強差人意。同時，棉花某一性狀的表現在某一生育階段是最佳表現期，具有較強的時效性(棉花同一個性狀隨著時間的變化在不斷生長發育而變化，性狀的鑒定比較評價需要在相同的時間段內完成，以保證不同試驗材料性狀的可比性。大多數性狀一般有7天左右的成熟穩定期)，也就是說相應的鑒定工作也具有較強的時間性要求。傳統方法低下的工作效率難以應對大量試驗材料進行快速精準的鑒定，阻礙著棉花科研工作的有效高效開展?？蒲腥藛T通過增加田間試驗規模、重復數、試驗次數和試驗地點來消除包括人為誤差在內的試驗誤差，提高試驗效率，但無形中又增大了試驗工作量、提高了試驗成本，試驗出現誤差的可能性從另一個角度又增大了，最終還是難以有效實現精準和高效的協調統一。這些問題長期以來一直困擾著棉花科研人員，使得這一部分的田間試驗研究工作難以持續、大量、高效開展，制約著相關科研工作的發展。
[0008]隨著現代工業科技和信息技術的不斷發展，光電感應轉換技術、計算機圖像識別技術等在農業科研中逐漸得到應用，在作物葉片性狀鑒定研究的精準性方面取得了良好的效果。
[0009]具體來說，目前在作物葉片表型性狀鑒定研究中主要有以下兩種較新的方法。
[0010]1、葉面積儀。光電葉面積儀是通過光電感應掃描原理，使光源發出的光信號照射到待測葉片上，然后判斷葉片反射或透射到光敏傳感器上的光信號，最后通過比較光源光信號經過被測葉片的衰減量利用矩形逼近的電子學方法來確定葉片的大小進行葉面積測量。測量過程是將采摘的離體葉片放置于儀器的感應板上，然后蓋上儀器蓋對葉面積進行測量；也可以進行非破壞性(直接在植株上對葉片進行)葉面積測量；可同時簡單、快速、準確地測定各種植物葉片的面積、長度和寬度(平均寬度和最大寬度)。而激光葉面積儀通過激光掃描器進行葉面掃描，不僅可以測量葉片面積、長度和寬度同時也可以測量葉周長和葉形狀。
[0011]可以看出，利用葉面積儀可一次對一片葉片進行葉面積快速簡便準確的測量。見圖1。
[0012]2、智能葉面積儀(智能拍照式葉面積測量系統)。智能拍照式葉面積測量系統由圖像采集儀(平面背光板+數碼相機或高拍儀)和裝入相應圖像分析軟件的電腦(或安卓系統平板電腦)或智能手機+APP組成。對圖像采集儀拍攝的單個離體葉片或多葉圖像通過電腦圖像分析軟件依據一定的面積測量算法，根據葉片輪廓特征提取、圖形實物轉換、邊緣檢測等技術自動分析處理，快速精確得到所測葉片面積、周長、長寬、葉孔洞、形狀系數等參數。即對在平面背光條件(背光是為了更清晰地拍攝反映葉片的邊緣輪廓，方便下一步的圖像分析軟件對圖像進行準確判斷分析)下拍攝的葉片圖像通過計算機軟件進行分析獲得相關的葉片性狀數據。見圖2。
[0013]智能葉面積儀(智能拍照式葉面積測量系統)能智能實現對單葉以及多葉的測量，具有自動標定和自動圖像校正能力，可統計總葉面積、平均葉長、平均葉寬、平均長寬比、平均葉周長等參數；可分析小至1mm2的葉片，分析誤差＜0.5％、測量分析時間＜5秒/次，面積測量時間小于1秒?？蓪崿F拍照與分析一鍵化操作。此外，還能快速地分級測定病斑葉面積、
蟲損葉面積、以及分析葉片葉色(具有按英國皇家園林協會RHS比色卡的比色特性)和葉色的分檔分析、測量植物的葉綠素相對含量或“綠色程度”。相比傳統的葉面積儀，具有測量更智能、分析更準確、數據更多樣、結果更形象客觀以及快速簡便多用途等優點。顯著減少了人為帶來的誤差，使得精準性大大提高。
[0014]可以看出，目前的利用計算機圖像識別技術對作物葉片表型性狀進行識別判斷分析鑒定，較之以往的方法，在精準性方面有了根本性的提高，效率也有了明顯的提升，大大地促進了相關科研工作的全面深入開展。
[0015]但目前的智能葉面積儀(智能拍照式葉面積測量系統)方法也存在著明顯的不足之處。一是工作效率相比以前的方法雖有提升，本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種棉花葉片表型性狀快速精準鑒定方法，其特征是：基于圖像識別，對俯視拍攝的放入了標準形狀、大小的比色卡的棉花田間試驗小區群體冠層葉面圖像，通過葉片圖像分析系統的自動分析智能判斷，快速精準確定該試驗小區群體的葉片形狀、葉片大小、葉片顏色，對試驗材料葉片表型性狀進行測量鑒定，具體包括以下步驟：S1、圖像采集，采用安裝有葉片圖像分析系統和高清攝像頭的智能移動終端，對試驗小區棉花冠層頂部群體葉片圖像進行俯視拍攝，得俯視拍攝的圖像；S2、圖像校正，根據步驟S1中采集的俯視拍攝的圖像，通過與標準形狀、大小的比色卡比較，對俯視拍攝的圖像的形變和色差進行校正；S3、圖形分割，對俯視拍攝的圖像中的大小相近的葉片進行分隔；S4、圖形分析計算，通過與葉片圖像分析系統中預設的標準葉片的形狀、大小、顏色進行比較，對分割的對應數量的葉片圖形進行形狀、大小、顏色的分析判斷，計算該圖像群體葉片所趨向的形狀、大小、顏色或多數葉片所表現的形狀、大小、顏色，即為該試驗小區群體葉片的形狀、大小、顏色的表現數據，并通過葉片圖像分析系統顯示出試驗小區群體的棉花葉片表型性狀的分析鑒定結果。2.根據權利要求1所述的一種棉花葉片表型性狀快速精準鑒定方法，其特征是：步驟S1中所述的智能移動終端采用智能移動手機、或智能平板電腦。3.根據權利要求1所述的一種棉花葉片表型性狀快速精準鑒定方法，其特征是：步驟S4中對分割的葉片圖形進行形狀、大小、顏色的分析判斷的數量為...

【專利技術屬性】
技術研發人員：師維軍，馬君，楊延龍，李春平，劉忠山，徐海江，張大偉，吾買爾江，
申請(專利權)人：新疆農業科學院經濟作物研究所，
類型：發明
國別省市：