基于图像处理的圆褐固氮菌快速检测方法研究

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农作物生长过程中需要大量的氮元素,圆褐固氮菌能够固定空气中的氮气,是一种很好的微生物肥料。这种微生物肥料不仅能为农作物的生长提供充足的氮源,而且施肥方便、成本低、肥效长、环境友好,对农业发展具有重要的现实意义。要实现圆褐固氮菌的良好应用,必须充分掌握圆褐固氮菌的繁殖活性,圆褐固氮菌的浓度成为一项必要的检测指标。目前检测微生物繁殖活性的常用方法不是耗时长、枯燥、工作量大,就是设备昂贵、人为主观误差大,不便推广应用。   针对目前微生物繁殖活性常用检测方法的不足,提出了一种图像处理和支持向量机技术相结合的快速检测圆褐固氮菌新方法。设计了圆褐固氮菌的检测样本实验,获取圆褐固氮菌显微图像,圆褐固氮菌和背景灰度差别小,含有较多外部噪声,通过图像预处理技术提高图像质量,区分圆褐固氮菌、干扰和背景信息。编程实现显微图像的背景校正,增强目标物和背景的对比度;将彩色图像灰度化处理,既降低图像的数据量又不丢失图像的有用信息,大大提高了处理速度;设计图像滤波和直方图均衡处理算法,有效去除了噪声干扰;采用基于OSTU算法的二维自适应阈值分割方法,成功分割出目标物;依据目标物的形态特点,选取面积、周长、最小外接矩形长轴、短轴、矩形度和圆形度6种形态特征参数,作为支持向量机的输入参数向量进行识别分类,取得了良好效果。通过设置支持向量机的识别分类输出类型,归纳出相应的计算公式。根据圆褐固氮菌的数量获取相应的浓度信息,实现圆褐固氮菌的快速检测。   该方法可重复性强,多次实验与实际情况均相符;检测精度较高,与精确的显微镜人工计数相比其相对误差小于4%,但比显微镜人工计数省时省力;与专用检测设备相比,其检测成本低;与比浊法、平板菌落计数法等检测方法相比,检测速度快,自动化程度高;对其他微生物快速检测具有一定的推广价值和应用前景。
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