采用圖像掃描法快速測(cè)定蘆筍種子粒數(shù)和千粒重

高慧敏，田玉，劉志強(qiáng)，趙振芳

（1.河北省農(nóng)林科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，河北 石家莊 050051；2.邯鄲經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)農(nóng)產(chǎn)品加工園區(qū)管委會(huì)，河北 邯鄲 057153）

蘆筍（Asparagus officinalis L.）屬百合科天冬門屬，俗稱石刁柏，是雌雄異株宿根性多年生植物。蘆筍的食用部分是嫩莖，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值全面。蘆筍中含有豐富的蛋白質(zhì)、氨基酸、微量元素和類黃酮類物質(zhì)等，具有降低血壓血脂、排毒利尿、增強(qiáng)免疫力等功效。蘆筍提取物中還含有甾體皂甙物質(zhì)，具有防止癌細(xì)胞擴(kuò)散的功能，對(duì)多種癌癥均有很好的療效，故蘆筍有“蔬菜之王”之稱，被世界衛(wèi)生組織定為世界十大蔬菜之首[1～6]。隨著人們對(duì)蘆筍價(jià)值的深入認(rèn)識(shí)，蘆筍市場(chǎng)需求不斷增大，因此蘆筍產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景良好。目前我國(guó)已成為世界蘆筍生產(chǎn)大國(guó)，種植面積約為10 萬hm2，居世界第1 位[7，8]。蘆筍種子絕大多數(shù)依靠進(jìn)口，雙雜種子價(jià)格為8 000～10 000 元/kg，價(jià)格昂貴[9]。用種量、種子飽滿度和發(fā)芽率與生產(chǎn)成本關(guān)系密切，因此，需要對(duì)蘆筍種子數(shù)量和千粒重等數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)查。傳統(tǒng)的種子計(jì)數(shù)和千粒重測(cè)量都依賴于人工，這種方法費(fèi)時(shí)、費(fèi)工，已經(jīng)不適合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展需求。依據(jù)圖像采集及數(shù)字化處理技術(shù)，開發(fā)了一種快速、簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確的種子計(jì)數(shù)和千粒重測(cè)量方法，不僅能夠提高生產(chǎn)效率，還能夠節(jié)約勞動(dòng)成本。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 蘆筍種子 蘆筍品種為冀蘆綠王，由河北省農(nóng)林科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所提供種子。選擇飽滿、無明顯病蟲害的種子進(jìn)行試驗(yàn)。

1.1.2 儀器設(shè)備 掃描儀1 臺(tái)：型號(hào)為愛普生EPSON V370，設(shè)置為“彩色照片”模式，分辨率為200～800 dpi。常規(guī)電腦1 臺(tái)，并安裝Image-Pro Plus V6.0 圖像處理軟件（下載地址：http：//www.mediacy.com）。

1.2 試驗(yàn)方法

以人工測(cè)定法為對(duì)照，對(duì)研究開發(fā)的利用圖像處理技術(shù)（圖像處理法）測(cè)定蘆筍種子粒數(shù)和千粒重的方法進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)。

1.2.1 人工測(cè)定法 人工測(cè)定蘆筍種子千粒重方法參照GB 5519—85[10]進(jìn)行。從無雜質(zhì)的蘆筍種子樣品中隨機(jī)數(shù)取種子，用天平稱重（精確到0.1 g），人工統(tǒng)計(jì)粒數(shù)，重復(fù)3 次。然后計(jì)算千粒重，取平均值。

1.2.2 圖像掃描法

1.2.2.1 掃描分辨率確定。將掃描儀分辨率分別設(shè)置為200、400、600 和800 dpi，對(duì)隨機(jī)選取的蘆筍種子樣品進(jìn)行掃描，記錄掃描所用時(shí)間、存儲(chǔ)文件大小。確定最優(yōu)掃描分辨率。

1.2.2.2 圖像掃描法快速測(cè)定蘆筍種子粒數(shù)。將蘆筍種子松散地撒到掃描儀平板上（圖1A），在最優(yōu)掃描分辨率下進(jìn)行掃描，保存圖片。利用Image-pro plus V6.0軟件打開保存的圖片，點(diǎn)擊工具欄上的“count/size”按鍵，然后在彈出的對(duì)話框中點(diǎn)擊“select colors”按鍵，利用吸管工具選取蘆筍子粒顏色，選中大部分蘆筍子粒（圖1B）。關(guān)閉對(duì)話框，點(diǎn)擊“count/size”對(duì)話框上的“count”按鍵（圖1C），然后點(diǎn)擊菜單欄view 中的“statistics”按鍵，就可以直接得到種子的粒數(shù)。

圖1 利用圖像掃描法測(cè)定蘆筍種子粒數(shù)Fig.1 Seed number determined using image scanning method

以人工計(jì)數(shù)的方法對(duì)圖像掃描法的統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行核實(shí)確認(rèn)。

1.2.2.3 蘆筍種子千粒重計(jì)算。利用分析天平（精度0.01 g）對(duì)種子樣品進(jìn)行稱重，根據(jù)樣品重量、樣品種子粒數(shù)計(jì)算得到樣品的千粒重，重復(fù)3 次，取平均值。樣品千粒重計(jì)算公式為：

2 結(jié)果與分析

2.1 確定最優(yōu)掃描分辨率

利用Image-Pro Plus 軟件中4 種分辨率掃描樣本，并進(jìn)行保存和計(jì)數(shù)處理。結(jié)果顯示（表1），掃描所需時(shí)間和圖像文件所占存儲(chǔ)空間均隨著分辨率的提高而增加，且圖像分析計(jì)數(shù)結(jié)果相同。因此，采用200 dpi 分辨率即可。

表1 不同分辨率處理下的樣本掃描結(jié)果Table 1 The sample scanning results at different resolving power

2.2 圖像掃描法快速測(cè)定蘆筍種子粒數(shù)

分別采用圖像掃描法和人工測(cè)定法，對(duì)同一份蘆筍種子樣本進(jìn)行粒數(shù)統(tǒng)計(jì)，并記錄所用時(shí)間。結(jié)果（表2）顯示，圖像掃描法的種子計(jì)數(shù)與人工測(cè)定法一樣精確，但所需時(shí)間明顯較少，且這種差異隨種子數(shù)量的增多而明顯增大。表明采用圖像掃描法測(cè)定蘆筍種子粒數(shù)不僅計(jì)數(shù)準(zhǔn)確，還可以明顯提高工作效率。

表2 圖像掃描法與人工測(cè)定法的耗時(shí)比較Table 2 Time-consuming comparison between image scanning method and traditional artificial method

2.3 圖像掃描法的“宏”應(yīng)用

應(yīng)用圖像掃描法時(shí)，通過錄制“宏”，可以實(shí)現(xiàn)多樣本批量化處理。（1）把所有樣本進(jìn)行圖像掃描。（2）“宏”錄制。打開一張待分析的圖片，點(diǎn)擊菜單欄上的“Macro-Record Macro”按鈕，給“宏”命名，如“測(cè)量蘆筍千粒重”，點(diǎn)擊“Macro-Shortcut Key”設(shè)置“宏”快捷鍵，如“Ctrl+A”（圖2）；然后將圖像處理、分析的過程錄制成“宏”文件。（3）計(jì)數(shù)。用錄制的“宏”文件進(jìn)行圖像批量處理，按下提前設(shè)定的快捷鍵即可得到蘆筍種子的數(shù)量。

圖2 通過錄制‘宏’文件實(shí)現(xiàn)圖像批處理Fig.2 Image batch processing by recording macro file

3 結(jié)論與討論

以傳統(tǒng)人工測(cè)定法結(jié)果為對(duì)照，對(duì)圖像掃描法測(cè)定蘆筍子粒所用時(shí)間和精度進(jìn)行了分析，結(jié)果顯示，圖像掃描法具有快速、準(zhǔn)確的特點(diǎn)，且能夠批量化測(cè)定，極大地提高了工作效率。

近年來，圖像處理法越來越多地用于作物性狀調(diào)查和田間數(shù)據(jù)采集。如，肖永貴等[11]利用圖像處理法快速有效地對(duì)田間試驗(yàn)材料的苗期和孕穗期植被覆蓋率進(jìn)行了量化分析；肖強(qiáng)等[12]利用數(shù)碼相機(jī)和Photoshop 軟件非破壞地測(cè)定了植物的葉面積；魏全全等[13]基于數(shù)字圖像技術(shù)進(jìn)行了冬油菜的氮素營(yíng)養(yǎng)診斷；王方永等[14]利用數(shù)字圖像估測(cè)了棉花光合有效輻射吸收比例。隨著科技的進(jìn)步，信息技術(shù)飛速發(fā)展，掃描儀、數(shù)碼相機(jī)、智能手機(jī)和平板電腦等數(shù)字圖像采集工具得到普及的同時(shí)，性能和價(jià)格更趨于合理，圖像處理技術(shù)用于作物性狀調(diào)查將極大地提高作物育種田間性狀調(diào)查和考種的工作效率以及數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。