一種柑橘潰瘍病的檢測(cè)方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及植物潰瘍病的檢測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種柑橘潰瘍病的檢測(cè)方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]柑橘潰瘍病是柑橘最嚴(yán)重的細(xì)菌性病害之一，果農(nóng)因此遭受嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，在商業(yè)貿(mào)易活動(dòng)中被列為強(qiáng)制性檢疫疾病。在自然條件下，該病菌可隨風(fēng)雨傳播、擴(kuò)散，主要侵染途徑為氣孔、皮孔或傷口，可侵染植物的葉片、葉莖、枝條以及果實(shí)，導(dǎo)致植物體的衰弱和枯死，嚴(yán)重的情況下能造成植株大量落葉、落果，甚至全株死亡;染病果實(shí)即使未脫落，也會(huì)在其表皮形成開裂、結(jié)疤狀潰瘍斑，大大降低果實(shí)的外觀、品相，對(duì)其銷售和出口造成不良影響。且該病菌傳播能力強(qiáng)，一旦在新區(qū)發(fā)生，則需要大量的人力物力進(jìn)行防治，造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。
[0003]目前，柑橘潰瘍病的無損檢測(cè)方法主要包括RGB成像技術(shù)、熱紅外成像以及高光譜成像技術(shù)，并且檢測(cè)對(duì)象主要集中在柑橘葉片和成熟期的果實(shí)，對(duì)幼果期和青果期柑橘果實(shí)染病的研究較少。RGB成像檢測(cè)技術(shù)只適用于病害顯現(xiàn)之后，但此時(shí)對(duì)病情的控制為時(shí)已晚；熱紅外成像檢測(cè)技術(shù)的準(zhǔn)確率容易受到外界環(huán)境(如天氣狀況、測(cè)量時(shí)間和溫度等)的影響；高光譜成像技術(shù)結(jié)合了傳統(tǒng)圖像技術(shù)和光譜技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，能夠同時(shí)獲取樣品的空間信息和光譜信息，但由于高光譜圖像的數(shù)據(jù)量巨大、數(shù)據(jù)冗余嚴(yán)重，目前主要應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室的離線分析。
[0004]柑橘受到潰瘍病脅迫時(shí)，其光合作用會(huì)受到影響，葉綠素?zé)晒庾鳛橹参锕夂献饔玫奶结?，能跟蹤植物光合作用過程中光能的捕獲、傳遞和利用。葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)既能可視化植物的代謝狀態(tài)，也可分析不同狀態(tài)下植物光合作用活動(dòng)的異質(zhì)性。中國(guó)發(fā)明專利(CN104034710 A)公開一種基于葉綠素?zé)晒饧俺上窦夹g(shù)的植物病害檢測(cè)方法及裝置。該裝置放置于光照箱內(nèi)，藍(lán)色LED燈作為激發(fā)光源，呈等邊三角形結(jié)構(gòu)，能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定均勻的光照，用于激發(fā)植物葉片的葉綠素?zé)晒?，彩色高速相機(jī)和可調(diào)鏡頭前置紅色濾光片，用于過濾干擾光，采集葉綠素?zé)晒鈭D像。通過圖像預(yù)處理、圖像分割和特征提取等步驟，可以將葉片與背景分離，獲得以主葉脈為中心位置的像素區(qū)域的子圖像，并計(jì)算葉片的紋理特征和葉脈特征參數(shù)，最后通過分類器計(jì)算，可以將植物分類為健康和病害兩類。該制備方法只能定性分析將植物分類為健康和病害兩類，而不能繼續(xù)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)病害程度的定量分析和病害部位的精確定位。同時(shí)所公開的植物病害檢測(cè)裝置，不能實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化測(cè)量。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種柑橘潰瘍病的檢測(cè)方法和裝置，通過融合葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)和RGB成像技術(shù)，可連續(xù)自動(dòng)化地檢測(cè)幼果期、青果期和成熟期等不同生長(zhǎng)期以及不同病害程度的柑橘果實(shí)潰瘍病。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種柑橘潰瘍病的檢測(cè)方法，包括如下步驟:
[0007]I)將待測(cè)柑橘進(jìn)行暗適應(yīng)處理；
[0008]2)對(duì)經(jīng)過暗適應(yīng)處理的待測(cè)柑橘，使用葉綠素?zé)晒獬上駜x獲取熒光信息，繼續(xù)使用RGB相機(jī)采集RGB圖像；
[0009]3)通過熒光信息和RGB圖像，計(jì)算葉綠素?zé)晒鈪?shù)、顏色特征和紋理特征；
[0010]4)將上述計(jì)算所得的葉綠素?zé)晒鈪?shù)、顏色特征和紋理特征作為模型的輸入變量，建立偏最小二乘判別分析模型，并用此模型來區(qū)分柑橘是否染??；
[0011]5)對(duì)染病的待測(cè)柑橘讀取熒光圖像，導(dǎo)入MATLAB軟件，利用小波軟閾值對(duì)所得的熒光圖像進(jìn)行降噪處理，應(yīng)用高斯混合模型對(duì)熒光圖像每點(diǎn)像素所對(duì)應(yīng)的葉綠素?zé)晒鈪?shù)值進(jìn)行聚類分析并進(jìn)行圖像的閾值分割，生成待測(cè)柑橘染病程度的可視化圖像，計(jì)算病害的面積。
[0012]潰瘍病病菌從寄主氣孔、皮孔或傷口侵入，在柑橘染病組織處，組織細(xì)胞會(huì)不可避免的遭到潰瘍病細(xì)菌的解離和破壞，導(dǎo)致該區(qū)域組織細(xì)胞的熒光強(qiáng)度以及紋理和顏色特征發(fā)生改變。因此，通過結(jié)合葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)和RGB成像技術(shù)，能有效地提高柑橘潰瘍病的檢測(cè)精度。將葉綠素?zé)晒鈪?shù)、顏色特征和紋理特征通過偏最小二乘判別分析法建立判別模型進(jìn)行分析，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)柑橘是否染上潰瘍病的判別，而且進(jìn)一步應(yīng)用高斯混合模型對(duì)熒光圖像每點(diǎn)像素所對(duì)應(yīng)的葉綠素?zé)晒鈪?shù)值進(jìn)行聚類分析并進(jìn)行圖像的閾值分割，實(shí)現(xiàn)病害程度的定量分析和病害部位的精確定位，最終實(shí)現(xiàn)柑橘潰瘍病的快速無損檢測(cè)。
[0013]所述的步驟2)中獲取熒光信息的方法:先打開測(cè)量光光源，此時(shí)將得到暗適應(yīng)時(shí)的基礎(chǔ)熒光F。;接著打開飽和光光源，此時(shí)所測(cè)到的是暗適應(yīng)后的最大熒光Fm;再接著打開光化光光源，測(cè)量光適應(yīng)時(shí)的穩(wěn)態(tài)焚光Fs，再關(guān)閉光化光光源；最后打開遠(yuǎn)紅外光光源，測(cè)量光適應(yīng)后的最小焚光Fr。
[0014]所述的步驟3)中計(jì)算葉綠素?zé)晒鈪?shù)是指:光系統(tǒng)Π的最大光化學(xué)量子效率Fv/Fm=(Fm-FcO/Fm、初始熒光F。、非光化光系數(shù)NPQ = Fm/Fs-l。
[0015]所述的步驟3)中RGB圖像的顏色特征是指一階矩、二階矩和三階矩，紋理特征是指方差、同質(zhì)性、對(duì)比度、熵、二階矩和相關(guān)性。
[0016]本發(fā)明還提供一種柑橘潰瘍病的檢測(cè)裝置，包括檢測(cè)機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)、傳送帶以及計(jì)算機(jī)，其中，所述的控制機(jī)構(gòu)包括中控系統(tǒng)和控制面板，控制面板和傳送帶分別與中控系統(tǒng)連接，中控系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)連接;所述的檢測(cè)機(jī)構(gòu)分隔成第一密閉內(nèi)腔和第二密閉內(nèi)腔，兩個(gè)密閉內(nèi)腔之間設(shè)置中間進(jìn)料升降門，第一密閉內(nèi)腔設(shè)有進(jìn)料升降門，第二密閉內(nèi)腔設(shè)有出料升降門；所述的傳送帶貫穿進(jìn)料升降門、中間進(jìn)料升降門以及出料升降門；所述的第二密閉內(nèi)腔內(nèi)設(shè)置有升降平臺(tái)，所述的升降平臺(tái)上依次設(shè)有測(cè)距傳感器、葉綠素?zé)晒獬上駜x以及RGB相機(jī);所述的測(cè)距傳感器、葉綠素?zé)晒獬上駜x以及RGB相機(jī)在傳送帶上垂直投影的位置上分別設(shè)有第一位置傳感器、第二位置傳感器和第三位置傳感器;測(cè)距傳感器以及三個(gè)位置傳感器分別與中控系統(tǒng)連接，計(jì)算機(jī)分別與葉綠素?zé)晒獬上駜x和RGB相機(jī)連接，用于數(shù)據(jù)傳輸和分析。
[0017]上述技術(shù)方案中，中控系統(tǒng)能夠控制傳送帶運(yùn)動(dòng)以及三個(gè)升降門的開與關(guān)。同時(shí)可以通過控制面板設(shè)置初始化參數(shù)以及測(cè)距傳感器與待測(cè)柑橘之間的距離，利用中控系統(tǒng)對(duì)檢測(cè)裝置進(jìn)行控制以及調(diào)整升降平臺(tái)的高度。其中，第一位置傳感器能夠觸發(fā)測(cè)距傳感器，通過控制面板初始設(shè)置的距離調(diào)整升降平臺(tái)的高度;第二位置傳感器能夠觸發(fā)計(jì)算機(jī)打開葉綠素?zé)晒獬上駜x進(jìn)行熒光信息和熒光圖像的采集;第三位置傳感器能夠觸發(fā)計(jì)算機(jī)打開RGB相機(jī)進(jìn)行RGB圖像的采集。計(jì)算機(jī)能夠接受葉綠素?zé)晒獬上駜x和RGB相機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸，通過建立數(shù)據(jù)模型分析數(shù)據(jù)，判斷柑橘是否染病以及計(jì)算病害的面積。
[0018]作為改進(jìn)，所述的傳送帶末端設(shè)有第四位置傳感器以及回收裝置。第四位置傳感器能夠觸發(fā)回收裝置對(duì)待測(cè)柑橘進(jìn)行回收，完成自動(dòng)化的檢測(cè)過程。
[0019]作為優(yōu)選，所述的葉綠素?zé)晒獬上駜x具有向下凸起的棱臺(tái)形狀的光源裝置，LED光源安裝在光源裝置內(nèi)。作為進(jìn)一步優(yōu)選，所述的LED光源包括測(cè)量光光源、光化光光源、飽和光光源以及遠(yuǎn)紅外光光源。
[0020 ]作為優(yōu)選，所述的中控系統(tǒng)以單片機(jī)MCU為中控核心。
[0021]同現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在:
[0022](I)本發(fā)明的方法及裝置能夠應(yīng)用于不同生長(zhǎng)期以及不同病害程度的柑橘果實(shí)潰瘍病的檢測(cè)；
[0023](2)本發(fā)明的方法及裝置只需設(shè)定一次參數(shù)就能夠批量測(cè)量，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化測(cè)量；
[0024](3)本發(fā)明的方法及裝置不僅能夠?qū)崿F(xiàn)柑橘是否染上潰瘍病的判別，應(yīng)用高斯混合模型(Gaussian mixture model，GMM)對(duì)焚光圖像每點(diǎn)像素所對(duì)應(yīng)的葉綠素焚光參數(shù)值進(jìn)行聚類分析并進(jìn)行圖像的閾值分割，實(shí)現(xiàn)病害程度的定量分析和病害部位的精確定位，最終實(shí)現(xiàn)柑橘潰瘍病的快速無損檢測(cè)。
【附圖說明】
[0025]圖1為實(shí)施例中柑橘潰瘍病的檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2為實(shí)施例中升降平臺(tái)上各個(gè)傳感器的位置示意圖；
[0027]圖3為本發(fā)明方法流程圖。
[0028]其中，1、進(jìn)料升降門；2、傳送帶;3、待測(cè)柑橘;4、中間進(jìn)料升降門；5、第一位置傳感器;6、第二位置傳感器;7、第三位置傳感器;8、出料升降門；9、回收裝置；1、第四位置傳感器；11、RGB相機(jī)；12、升降平臺(tái)；13、第二密閉內(nèi)腔；14、葉綠素?zé)晒獬上駜x；15、測(cè)距傳感器；16、計(jì)算機(jī);17、第一密閉內(nèi)腔；18、遠(yuǎn)紅外光光源；19、測(cè)量光光源;20、飽和光光源;21、光化光光源。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0030]如圖1所示，一種柑橘潰瘍病的檢測(cè)裝置，包括檢測(cè)機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)、傳送帶2以及計(jì)算機(jī)16，控制機(jī)構(gòu)包括中控系統(tǒng)和控制面板，控制面板和傳送帶2分別與中控系統(tǒng)連接，中控系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)16連接;檢測(cè)機(jī)構(gòu)分隔成第一密閉內(nèi)腔17和第二密閉內(nèi)腔13，兩個(gè)密閉內(nèi)腔之間設(shè)置中間進(jìn)料升降門4，第一密閉內(nèi)腔17設(shè)有進(jìn)料升降門I，第二密閉內(nèi)腔13設(shè)有出料升降門8;傳送帶2貫穿進(jìn)料升降門1、中間進(jìn)料升降門4以及出料升降門8;第二密閉內(nèi)腔13內(nèi)設(shè)置有升降平臺(tái)12，升降平臺(tái)12上依次設(shè)有測(cè)距傳感器15、葉綠素?zé)晒獬上駜x14以及RGB相機(jī)11;測(cè)距傳感器15、葉綠素?zé)晒獬上駜x14以及RGB相機(jī)11在傳送帶2上垂直投影的位置上分別設(shè)有第一位置傳感器5、第二位置傳感器6和第三位置傳感器7;測(cè)距傳感器15以及三個(gè)位置傳感器分別與中控系統(tǒng)連接，計(jì)算機(jī)16分別與葉綠素?zé)晒獬上駜x14和RGB相機(jī)11連接，用于數(shù)據(jù)傳輸和分析。傳送帶2末端設(shè)有第四位置傳感器10以及回收裝置9。
[0031]柑橘潰瘍病具體檢測(cè)流程如圖3所示，將待測(cè)柑橘3放在傳送帶2上，傳送帶將待測(cè)柑橘3運(yùn)送至第一密閉內(nèi)腔17，關(guān)閉進(jìn)料升降門1，確保不漏光?？刂泼姘迳陷斎氚颠m應(yīng)時(shí)間20min，按下開始暗適應(yīng)按鈕開始倒計(jì)時(shí)；同時(shí)設(shè)定葉綠素?zé)晒獬上駜x14的初始化參數(shù)以