拟南芥表型的计算机视觉检测系统

来源 :北京林业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liliac
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作为一种模式植物,拟南芥在植物学、基因学、遗传学中起着很重要的作用。通过对拟南芥表型的研究,可以扩展对其生理功能的认知范围,特别是其表型与其基因之间的相互关系,以及不同的环境条件对它生长的影响。本论文将利用计算机视觉技术对拟南芥的表型特征进行无损检测,提取拟南芥的表面积、轮廓特征、叶片个数及叶片尖点到质心的距离参数。表面积反映植物的大小。植物的整体轮廓反映了植物的整体形态和生长取向,通过对整体轮廓的分析,可以更好地掌握植物的形态特征。然而轮廓点的数量很大,故通过椭圆傅里叶变换对其进行分析,从而能用少量的椭圆傅里叶描述子描述植物的轮廓特征,为轮廓表型数据的存储节约了存储空间。每个叶片尖点到质心的距离用于反映每个叶片的大小。这些表型参数既可以定量地描述拟南芥的生长情况,也可以用于拟南芥基因功能的研究,即通过这些表型参数描述不同基因的拟南芥在区域大小、整体轮廓、叶片生长等方面的差异,从而可以推断出不同基因的功能及对植物的影响。本论文所做的主要工作如下:1.图像预处理在拟南芥的种植盆中,放置标定板,标定板采用的是具有蓝色边框的黑白棋盘格,利用相机采集拟南芥的图像。对采集后的图像进行预处理,自动定位黑白棋盘格并检测其中的角点,通过坐标变换实现图像的自动校正和标定,其中图像校正是为了校正图像的畸变,图像标定是为了获得单位像素的真实尺寸。2.图像分割对预处理后的图像进行分割,将拟南芥与背景分割,从图像中提取出来。本论文根据植物和背景的像素特点,利用主成分分析对其进行分析,并利用支持向量机求取分割模型。3.表型参数提取提取拟南芥的总面积;提取拟南芥的轮廓表型参数,用椭圆傅里叶描述子定量地描述其整体轮廓;提取拟南芥的叶片个数,并计算每个叶片尖点到质心的距离。利用计算机视觉检测系统提取拟南芥的表型参数,相对于传统人工观察和测量,该方法在效率上有了较大的提高,实现了拟南芥生长过程的无损检测。
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