一種柑橘潰瘍病的檢測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領(lǐng)域，具體涉及一種柑橘潰瘍病的檢測方法和裝置。
【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)濟損失，在商業(yè)貿(mào)易活動中被列為強制性檢疫疾病。在自然條件下，該病菌可隨風(fēng)雨傳播、擴散，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，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;染病果實即使未脫落，也會在其表皮形成開裂、結(jié)疤狀潰瘍斑，大大降低果實的外觀、品相，對其銷售和出口造成不良影響。且該病菌傳播能力強，一旦在新區(qū)發(fā)生，則需要大量的人力物力進行防治，造成很大的經(jīng)濟損失。
[0003]目前，柑橘潰瘍病的無損檢測方法主要包括RGB成像技術(shù)、熱紅外成像以及高光譜成像技術(shù)，并且檢測對象主要集中在柑橘葉片和成熟期的果實，對幼果期和青果期柑橘果實染病的研究較少。RGB成像檢測技術(shù)只適用于病害顯現(xiàn)之后，但此時對病情的控制為時已晚；熱紅外成像檢測技術(shù)的準(zhǔn)確率容易受到外界環(huán)境(如天氣狀況、測量時間和溫度等)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，能夠同時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)用于實驗室的離線分析。
[0004]柑橘受到潰瘍病脅迫時，其光合作用會受到影響，葉綠素?zé)晒庾鳛橹参锕夂献饔玫奶结槪芨欀参锕夂献饔眠^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的異質(zhì)性。中國發(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，并計算葉片的紋理特征和葉脈特征參數(shù)，最后通過分類器計算，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)進一步實現(xiàn)病害程度的定量分析和病害部位的精確定位。同時所公開的植物病害檢測裝置，不能實現(xiàn)全自動化測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種柑橘潰瘍病的檢測方法和裝置，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)自動化地檢測幼果期、青果期和成熟期等不同生長期以及不同病害程度的柑橘果實潰瘍病。
[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方法，包括如下步驟:
[0007]I)將待測柑橘進行暗適應(yīng)處理；
[0008]2)對經(jīng)過暗適應(yīng)處理的待測柑橘，使用葉綠素?zé)晒獬上駜x獲取熒光信息，繼續(xù)使用RGB相機采集RGB圖像；
[0009]3)通過熒光信息和RGB圖像，計算葉綠素?zé)晒鈪?shù)、顏色特征和紋理特征；
[0010]4)將上述計算所得的葉綠素?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?。?br>[0011]5)對染病的待測柑橘讀取熒光圖像，導(dǎo)入MATLAB軟件，利用小波軟閾值對所得的熒光圖像進行降噪處理，應(yīng)用高斯混合模型對熒光圖像每點像素所對應(yīng)的葉綠素?zé)晒鈪?shù)值進行聚類分析并進行圖像的閾值分割，生成待測柑橘染病程度的可視化圖像，計算病害的面積。
[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，而且進一步應(yīng)用高斯混合模型對熒光圖像每點像素所對應(yīng)的葉綠素?zé)晒鈪?shù)值進行聚類分析并進行圖像的閾值分割，實現(xiàn)病害程度的定量分析和病害部位的精確定位，最終實現(xiàn)柑橘潰瘍病的快速無損檢測。
[0013]所述的步驟2)中獲取熒光信息的方法:先打開測量光光源，此時將得到暗適應(yīng)時的基礎(chǔ)熒光F。;接著打開飽和光光源，此時所測到的是暗適應(yīng)后的最大熒光Fm;再接著打開光化光光源，測量光適應(yīng)時的穩(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，測量光適應(yīng)后的最小焚光Fr。
[0014]所述的步驟3)中計算葉綠素?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裝置，包括檢測機構(gòu)、控制機構(gòu)、傳送帶以及計算機，其中，所述的控制機構(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)與計算機連接;所述的檢測機構(gòu)分隔成第一密閉內(nèi)腔和第二密閉內(nèi)腔，兩個密閉內(nèi)腔之間設(shè)置中間進料升降門，第一密閉內(nèi)腔設(shè)有進料升降門，第二密閉內(nèi)腔設(shè)有出料升降門；所述的傳送帶貫穿進料升降門、中間進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，所述的升降平臺上依次設(shè)有測距傳感器、葉綠素?zé)晒獬上駜x以及RGB相機;所述的測距傳感器、葉綠素?zé)晒獬上駜x以及RGB相機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;測距傳感器以及三個位置傳感器分別與中控系統(tǒng)連接，計算機分別與葉綠素?zé)晒獬上駜x和RGB相機連接，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)能夠控制傳送帶運動以及三個升降門的開與關(guān)。同時可以通過控制面板設(shè)置初始化參數(shù)以及測距傳感器與待測柑橘之間的距離，利用中控系統(tǒng)對檢測裝置進行控制以及調(diào)整升降平臺的高度。其中，第一位置傳感器能夠觸發(fā)測距傳感器，通過控制面板初始設(shè)置的距離調(diào)整升降平臺的高度;第二位置傳感器能夠觸發(fā)計算機打開葉綠素?zé)晒獬上駜x進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)計算機打開RGB相機進行RGB圖像的采集。計算機能夠接受葉綠素?zé)晒獬上駜x和RGB相機的數(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算病害的面積。
[0018]作為改進，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)回收裝置對待測柑橘進行回收，完成自動化的檢測過程。
[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形狀的光源裝置，LED光源安裝在光源裝置內(nèi)。作為進一步優(yōu)選，所述的LED光源包括測量光光源、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)用于不同生長期以及不同病害程度的柑橘果實潰瘍病的檢測；
[0023](2)本發(fā)明的方法及裝置只需設(shè)定一次參數(shù)就能夠批量測量，可實現(xiàn)全自動化測量；
[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)對焚光圖像每點像素所對應(yīng)的葉綠素焚光參數(shù)值進行聚類分析并進行圖像的閾值分割，實現(xiàn)病害程度的定量分析和病害部位的精確定位，最終實現(xiàn)柑橘潰瘍病的快速無損檢測。
【附圖說明】
[0025]圖1為實施例中柑橘潰瘍病的檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2為實施例中升降平臺上各個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、進料升降門；2、傳送帶;3、待測柑橘;4、中間進料升降門；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；12、升降平臺；13、第二密閉內(nèi)腔；14、葉綠素?zé)晒獬上駜x；15、測距傳感器；16、計算機;17、第一密閉內(nèi)腔；18、遠(yuǎn)紅外光光源；19、測量光光源;20、飽和光光源;21、光化光光源。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0030]如圖1所示，一種柑橘潰瘍病的檢測裝置，包括檢測機構(gòu)、控制機構(gòu)、傳送帶2以及計算機16，控制機構(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)與計算機16連接;檢測機構(gòu)分隔成第一密閉內(nèi)腔17和第二密閉內(nèi)腔13，兩個密閉內(nèi)腔之間設(shè)置中間進料升降門4，第一密閉內(nèi)腔17設(shè)有進料升降門I，第二密閉內(nèi)腔13設(shè)有出料升降門8;傳送帶2貫穿進料升降門1、中間進料升降門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12，升降平臺12上依次設(shè)有測距傳感器15、葉綠素?zé)晒獬上駜x14以及RGB相機11;測距傳感器15、葉綠素?zé)晒獬上駜x14以及RGB相機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;測距傳感器15以及三個位置傳感器分別與中控系統(tǒng)連接，計算機16分別與葉綠素?zé)晒獬上駜x14和RGB相機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流程如圖3所示，將待測柑橘3放在傳送帶2上，傳送帶將待測柑橘3運送至第一密閉內(nèi)腔17，關(guān)閉進料升降門1，確保不漏光?？刂泼姘迳陷斎氚颠m應(yīng)時間20min，按下開始暗適應(yīng)按鈕開始倒計時；同時設(shè)定葉綠素?zé)晒獬上駜x14的初始化參數(shù)以