玉米是目前世界上最重要的作物之一,其种植面积和产量仅次于水稻、小麦,位居第三。玉米不仅是重要的粮食作物,为人们提供各种食品,而且是动物饲料中最为重要的原料,同时也是生产酒精、淀粉的主要工业原料。玉米籽粒包括种皮、胚乳和胚部,胚乳部分又分为角质胚乳和粉质胚乳。高水分玉米干燥是确保玉米安全储藏和流通的重要环节,由于玉米籽粒内部各部分成分不同、密度有所差异,玉米干燥时内部各部分的受热表现不同,进而影响裂纹产生与发展。为深入研究玉米籽粒内部立体结构以及不同部位密度差异对干燥裂纹的影响,进行玉米籽粒内部组分体积模型的构建研究,为玉米籽粒内部组分体积估测提供方法。物体内部结构的研究大多基于CT扫描技术,并广泛应用于医学方面。CT技术虽然可以无损地检测物体外部和内部的结构尺寸,适合于物体内部的测量分析,但设备造价高,测量成本高且对操作人员的要求较高,无法广泛应用于一般测量。目前,有关玉米重建技术的研究主要集中于植株、叶片及冠层等外部轮廓,对于玉米籽粒内部结构的研究较少。本研究就如何得到玉米籽粒内部角质胚乳、粉质胚乳和胚部的实际分布进行重建研究,为玉米籽粒内部组分体积、密度估算提供理论依据。主要的研究工作如下:(1)选取了先玉335、郑单958、登海605、联创808、秋乐368和万盛68,六个玉米品种各200粒作为研究样本,完成了单粒籽粒质量、体积测量实验。并选用不同类型光源,设计了玉米籽粒有胚芽侧面和顶部大端图像采集装置,分析不同白光光照强度采集得到了玉米籽粒有胚芽侧面透射图像和顶部大端反射图像。(2)设计了定位仿形玉米种子切割器,采用玉米籽粒仿形槽加微型弹簧定位,保证玉米籽粒沿胚纵切;仿形槽间距合适,保证各玉米籽粒切割效果互不干扰;切割时由籽粒尖端向大端切割,受力合适,保证单粒籽粒切割时的切割质量。沿胚剖切玉米籽粒样本,设计了玉米籽粒纵切剖面图像采集装置,采集得到了玉米籽粒纵切剖面反射图像。(3)提出了一种玉米籽粒低对比度图像分割算法,基于色彩通道非线性变换,将玉米籽粒图像从RGB颜色空间转换到Lab颜色空间下,对玉米籽粒图像在不同颜色通道下分割得到的二值图像使用重叠区域原理,实现了玉米籽粒内部组分的精确分割,得到玉米籽粒角质胚乳、粉质胚乳及胚部三部分在有胚芽侧面、顶部大端和纵切剖面的二维分布图像。并以检全率、检准率及综合指标评价了多通道重叠区域法与传统图像分割方法对不同品种玉米籽粒的分割效果。试验表明,多通道重叠区域分割方法的检全率、检准率及综合评价指标均达到98%以上,分割效果优于传统的分割方法,能够实现对不同品种玉米籽粒的精确分割。(4)构建了玉米籽粒内部组分体积模型,基于MATLAB根据有胚芽侧面图像和顶部大端图像中角质胚乳、粉质胚乳和胚部的分布,纵切剖面图像按一定比例缩放,生成玉米籽粒多层切片图像,以剖面二维分布为立体生长起始点,以玉米籽粒有胚芽侧面和顶部大端的二维图像边界作为立体生长终点进行虚拟生长,通过体绘制实现了玉米籽粒内部组分的三维重建,得到实际玉米的内部组分体积模型。(5)完成了玉米籽粒体积模型的验证,以得到的玉米籽粒体积模型为基础,采用图像标定技术计算出了玉米籽粒的体积,与单粒籽粒体积实际测量结果进行Grubbs检验、F检验和t检验,两者的测量精度和平均值均无显著差异,证明了不同品种玉米籽粒体积模型的准确性与稳定性。