一种可采集大豆种脐表型图像数据的子实盘及其采集方法与流程

本发明涉及农业科学研究领域，特别涉及一种可采集大豆种脐表型图像数据的子实盘及其采集方法。

背景技术：

大豆的种脐是指种子从种柄或胎座上脱落后留下的疤痕，形状有圆形、椭圆形、卵形等。种脐是种子形成过程中，植物向种子输送营养的唯一通道。

大豆种脐的颜色、形状、长短、宽窄、凹凸及存在部位等因植物种类不同而异，可作为鉴定种子的重要依据。

为了实现人工智能育种，需要在考种过程中对大量种子进行表型数据采集，其中包括对种脐数据的采集。目前上述种脐数据采集过程完全依靠人工完成，人工对单粒子实种脐进行多角度拍摄，进行人工子实图像采集，以获取其种脐图像，然后用计算机进行处理，识别种脐的表型数据。

但上述方法存在如下缺点：

(1)人工对单粒子实种脐进行图像采集，工作量大，不适用于批量获取种脐部分表型数据；

(2)对于大量种子图像的采集，整体处理流程效率低，耗时长，图像采集效率低下；

(3)拍摄出的植株图像规格标准不一，如大小、位置等。

技术实现要素：

本发明所要解决的问题是弥补上述现有技术的缺陷，提供一种可批量采集大豆种脐表型数据的、防止大豆种子滚动造成采集数据不准确的一种可采集大豆种脐表型图像数据的子实盘及其采集方法。

一种可采集大豆种脐表型图像数据的子实盘，所述子实盘包括相互为一体连接的底座和表盘，所述表盘包括用于放置种子的种子放置区，所述种子放置区包括放置槽；

所述放置槽包括圆形槽和矩形槽，所述矩形槽设置于所述圆形槽内的底部，所述圆形槽的高度大于所述矩形槽的高度，并且所述圆形槽的高度小于种子的高度。

进一步，所述放置槽的数量为n×m，所述种子放置区始终呈矩形状。

进一步，所述矩形槽包括宽部、长部和第二高部，所述宽部应小于本次采集批次的最小种子的宽度，所述长部应大于本次采集批次的最大种子的长度，所述第二高部应不超过本次采集批次的种子高度的一半。

进一步，所述圆形槽包括第一高部，所述圆形槽的直径为11.0mm，所述第一高部的高度为5.0mm，所述矩形槽的所述宽部的长度尺寸为6.3mm，所述长部的长度尺寸为9.0mm，所述第二高部的高度尺寸为3.5mm。

进一步，所述表盘包括校验区和信息放置区，所述校验区内放置比色卡，用于对放置在所述种子放置区上的种子的最终图像进行颜色校验，所述信息放置区放置当前拍摄批次的种子编码信息及其他相关文本。

进一步，所述种子放置区的横向侧边和纵向侧边设有行列标号。

进一步，所述底座包括手持孔，所述手持孔凹陷的设置于所述底座的四条边框上。

进一步，所述底座包括加固板，所述加固板设置于所述底座底部，用于加强所述底座的强度。

一种利用如上所述的可采集大豆种脐表型图像数据的子实盘进行表型数据采集的采集方法，包括以下步骤：

step1.在子实盘的校验区放置比色卡，并在信息放置区安放二维码；

step2.在所述子实盘的放置槽上安放待考种的种子，并使用镊子拨动种子使种子的种脐朝上放置；

step3.将所述子实盘放置于指定的位置处，并在所述子实盘的上方放置摄像设备和光源，采用摄像设备对所述子实盘进行拍照并保存拍摄的图像；

step4.取下一批待考种的种子，如果大豆种类编号不变，则转至step2继续重复上述步骤，如果大豆种类编号改变，则转至step1继续重复上述步骤；

step5.将拍摄的多个种子的图像文件传输至指定的云服务器中；

step6.云服务器调用图像处理程序并行处理图像文件，提取种子的表型特征数据、所述校验区的比色卡信息以及所述信息放置区的二维码种类编号，并存入表型数据库中；

step7.若还有待考种的种子，则转step1继续重复上述步骤，若没有，则完成对大豆种脐表型图像数据的采集。

进一步，在上述step4.步骤之后，step5.步骤之前，包括以下步骤：

step41.用一张纯白色的比色卡放置在摄像设备前，将所述子实盘上的种子完全覆盖，对比色卡进行拍照，然后取走比色卡。

与现有技术相比，本发明达到的有益效果是：

本发明提供一个专门为采集大豆种脐表型图像数据的子实盘，实现对批量大豆种子的表型图像数据采集，其中包括大豆的种脐和种肾等表型数据。然后对采集到的图像进行计算机视觉(cv)处理，通过深度学习建立模型提取特征，以获取大豆种脐表型图像数据用于大数据分析。本发明提供的子实盘可极大的提高大豆种脐表型图像数据的采集效率和数据准确率。

本发明提供的一种可采集大豆种脐表型图像数据的子实盘，通过在底部设置带矩形槽的子实盘代替普通子实盘，在种子放入后并经过适当调整可将种脐面朝上，并且底部的矩形槽使得种子能稳定地嵌入在盘中，始终保持种脐面朝上，便于批量图像采集，加速图像采集速度。

本发明提供的一种可采集大豆种脐表型图像数据的子实盘，可在批量采集种子的表型图像数据时，对光源和摄像设备进行定位，保证了后期计算机对大豆图像处理中归一化算法的精准性。

附图说明

图1为本发明实施例1的子实盘的整体结构示意图；

图2为本发明实施例1的底盘的底面结构示意图；

图3为本发明实施例1的种子放置区的放置槽的结构放大图；

图4为本发明实施例1的种子放置区的放置槽的剖视图；

图5为本发明实施例2的子实盘的整体结构示意图；

图6为本发明实施例3的子实盘的整体结构示意图。

图中标号：

1子实盘，11底座，111加固板，1111横纵加固板，11111增强筋，1112x形加固板，112镂空槽，113手持孔，12表盘，121种子放置区，1211行列标号，1212放置槽，12121圆形槽，121211第一高部，12122矩形槽，121221宽部，121222长部，121223第二高部，122校验区，123信息放置区。

具体实施方式

以下，基于优选的实施方式并参照附图对本发明进行进一步说明。

此外，为了方便理解，放大(厚)或者缩小(薄)了图纸上的各种构件，但这种做法不是为了限制本发明的保护范围。

单数形式的词汇也包括复数含义，反之亦然。

在本发明实施例中的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，本发明的描述中，为了区分不同的单元，本说明书上用了第一、第二等词汇，但这些不会受到制造的顺序限制，也不能理解为指示或暗示相对重要性，其在发明的详细说明与权利要求书上，其名称可能会不同。

本说明书上的词汇是为了说明本发明的实施例而使用的，但不是试图要限制本发明。还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的技术人员而言，可以具体理解上述属于在本发明中的具体含义。

本发明提供一种可采集大豆种脐表型图像数据的子实盘，在其中放入批量的种子，并将种脐朝上，然后对种子进行拍照，以便采集大豆的表型图像数据，其中包括大豆的种脐和种肾等表型数据，然后对对采集到的图像进行计算机视觉(cv)处理，通过深度学习建立模型提取特征，以获取大豆种脐表型图像数据用于大数据分析。

实施例1

请参考图1～图4，本发明提供一种可采集大豆种脐表型图像数据的子实盘，包括子实盘1，子实盘1为方形，子实盘1包括底座11和表盘12，两者之间为固定连接，应当指出的是，本发明中对两者的连接方式不做限制，底座11和表盘12可为螺纹连接，也可为卡扣连接，凡是将两者固定连接的连接方式均可。优选的，在本实施例中，底座11和表盘12之间为一体连接。

底座11包括加固板111和镂空槽112，加固板111设有若干个，且均设置于底座11底部，并将底座11底部分割成多个镂空槽112，使得表盘12固定连接在底座11上时，可减少子实盘1内部的材料，减轻子实盘1的重量。

具体的，加固板111包括横纵加固板1111和x形加固板1112，横纵加固板1111在底座11底部的横向和纵向的方向设置，x形加固板1112在底座11底部呈x形设置，横纵加固板1111和x形加固板1112均可加强底座11的强度，防止底座11拉伸变形。

优选的，横纵加固板1111包括增强筋11111，增强筋11111设置于横纵加固板1111上靠近底座11的边缘处，增强筋11111的高度大于横纵加固板1111的高度，且增强筋11111与横纵加固板1111之间呈阶梯状结构，增强筋11111可进一步加强底座11的强度，防止底座11拉伸变形。

底座11还包括手持孔113，手持孔113设有多个，且其凹陷的设置于底座11的四条边框上，以便拿取子实盘1。

表盘12包括种子放置区121、校验区122和信息放置区123。

种子放置区121用于放置批量的、拍摄用的种子。

校验区122内放置有比色卡，用于对放置在种子放置区121上的种子的最终图像进行颜色校验，校验区121位置固定便于提高图像处理速度，是图像采集标准化的要素之一。

信息放置区123放置当前拍摄批次的种子编码信息及其他相关文本，具体的，信息放置区123可放置二维码或种子编码标签，优选的，信息放置区123放置二维码，二维码的优点在于其可代替传统的编码文本，不用考虑放置的位置和拍摄时的角度，可提高图像处理速度，此设置也是图像采集标准化的要素之一。

种子放置区121呈矩形，其内部包括若干个可放置种子的放置槽1212，放置槽1212向底座11凹陷，放置槽1212内用于放置批量的种子，种子可以直接落入放置槽1212内。

放置槽1212的数量为n×m，即横向数量与纵向数量可以相同，也可以不同，但种子放置区121始终呈n×m的矩形状。优选的，在本实施例中，考虑到一棵大豆植株上的种子数量，提供两个尺寸的放置槽1212，分别为12×12和12×8，即分别为144个和96个。

本实施例中，在拍摄范围内，相邻的两个放置槽1212之间的距离为13.1mm。

本发明中的放置槽1212，可以根据实际需要设置不同的尺寸，当拍摄的种子颗粒较大时，其放置槽1212的孔位可以扩大，当拍摄的种子颗粒较小时，其放置槽1212的孔位可以缩小。本实施例中主要用于拍摄大豆种子，故放置槽1212的孔位直径不超过11.0mm，且放置槽1212向下凹陷，使得大豆可以直接落入放置槽1212内不会轻易脱出。

放置槽1212包括圆形槽12121和矩形槽12122，矩形槽12122设置于圆形槽12121内的底部，用于卡住种子的下半部分，圆形槽12121包括第一高部121211，矩形槽12122包括第二高部121223，圆形槽12121的高度大于矩形槽12122的高度，即，第一高部121211的高度大于第二高部121223的高度，用于防止移动子实盘1时种子掉出，同时，圆形槽12121的高度不可高于种子的高度，即，第一高部121211的高度不可高于种子的高度，避免对种子进行拍照时产生阴影，影响后续的计算机识别处理。

矩形槽12122的长度、宽度和高度的尺寸可以根据待拍照种子的尺寸进行灵活调整。具体的，矩形槽12122包括宽部121221、长部121222和第二高部121223，其中，宽部121221应略小于本次采集批次的最小种子的宽度，以便种子放进矩形槽12122内能够卡住，防止种子滚动，长部121222应大于本次采集批次的最大种子的长度，以便使用镊子调整种子角度，使种子保持种脐朝上放置，第二高部121223一般不超过本次采集批次的种子高度的一半，以便种子最宽部分暴露在矩形槽上部，确保能采集完整的种子俯视图像，并同时提取到种子的长度和宽度等各种表型数据。

本实施例中的子实盘1适用于拍摄较大尺寸的种子，其中，圆形槽12121的直径为11.0mm，第一高部121211的高度为5.0mm。矩形槽12122的宽部121221的长度尺寸为6.3mm，长部121222的长度尺寸为9.0mm，第二高部121223的高度尺寸为3.5mm。

种子放置区121的横向侧边和纵向侧边设有行列标号1211，相当于列坐标和行坐标，坐标对种子放置区121内的各个种子进行标记，以便在后续的计算机识别中按照坐标查找相应的种子。

其中，行列标号1211的列坐标的标记为1、2、3、……，行列标号1211的行坐标的标记为a、b、c、……，按照子实盘的大小、以及所需采集的一棵大豆植株的种子数量，在本实施例中，提供两个尺寸的放置槽1212，分别为12×12和12×8尺寸的子实盘。

子实盘1采用不反光的材料制成，优选的，在本实施例中，子实盘1采用白色或黑色的工业尼龙作为原材料、并采用3d打印的方式制作而成，避免对种子放置区121进行拍摄时发生反光等不良效果，同时由于工业尼龙表面不反光且不易变形，可保证子实盘1整体的稳定性。

实施例2

本实施例中的子实盘1结构与实施例1中大致相同，不同之处在于：本实施例中的子实盘1适用于拍摄中等尺寸的种子，若干个放置槽1212的尺寸缩小，其中，圆形槽12121的直径为10.04mm，第一高部121211的高度为5.0mm，矩形槽12122的宽部121221的长度尺寸为5.3mm，长部121222的长度尺寸为8.0mm，第二高部121223的高度尺寸为3.5mm。

实施例3

本实施例中的子实盘1结构与实施例1中大致相同，不同之处在于：本实施例中的子实盘1适用于拍摄较小尺寸的种子，若干个放置槽1212的尺寸缩小，其中，圆形槽12121的直径为8.5mm，第一高部121211的高度为3.5mm，矩形槽12122的宽部121221的长度尺寸为4.0mm，长部121222的长度尺寸为6.5mm，第二高部121223的高度尺寸为2.5mm。

下面对一种利用如上所述的可采集大豆种脐表型图像数据的子实盘进行表型数据采集的采集方法进行详细说明。

包括以下步骤：

step1.在子实盘1的校验区122放置比色卡，并在信息放置区123安放二维码。

step2.在子实盘1的放置槽1212上安放待考种的种子，并使用镊子拨动种子使种子的种脐朝上放置。

其中，子实盘1上安放的种子一般连续放置使得中间不出现缺粒的情况，优选的，种子应尽量使用色泽饱满、圆润的种子。

step3.将子实盘1放置于指定的位置处，并在子实盘1的上方放置摄像设备和光源，采用摄像设备对子实盘1进行拍照并保存拍摄的图像。

优选的，摄像设备为高像素摄像设备，并装配有无影灯，也可采用手机进行拍摄，拍摄时手机高度要固定，镜头居于子实盘对称中心的正上方。

优选的，在对子实盘1进行拍照时，应在避光的房间内进行拍摄，保证在整个拍摄过程中光源不会发生变化；同时，光源为固定光源，且其应在子实盘1对称中心的正上方或接近正上方的位置，避免子实盘1上出现明显的阴影；此外，拍照时应避免遮挡光源，防止出现亮度变化的情况。

step4.取下一批待考种的种子，如果大豆种类编号不变，则转至step2继续重复上述步骤，如果大豆种类编号改变，则转至step1继续重复上述步骤。

应当注意的是，重复上述步骤时，子实盘1、摄像设备和光源的相对位置应保持不变，以此保持拍摄图片每一点颜色均一化差值不变。

其中，若光源的位置发生改变，则需执行以下步骤，若整个拍摄过程中光源不发生改变，则以下步骤仅执行一次即可：

step41.用一张纯白色的比色卡放置在摄像设备前，将子实盘1上的种子完全覆盖，对比色卡进行拍照，然后取走比色卡。

优选的，可采用255、255、255号标准比色卡。

步骤step41的目的在于对子实盘1进行颜色均一化差值的初始化操作，其可避免由于种子放置区121过大、种子位置分散、距摄像设备远近不同而造成的种子表面色泽有差别的情况，便于计算机图像处理算法获取准确的种子表面颜色及光泽度。

step5.将拍摄的多个种子的图像文件传输至指定的云服务器中。

step6.云服务器调用图像处理程序并行处理图像文件，提取种子的表型特征数据、校验区122的比色卡信息以及信息放置区123的二维码种类编号，并存入表型数据库中。

step7.若还有待考种的种子，则转step1继续重复上述步骤，若没有，则完成对大豆种脐表型图像数据的采集。

以上对本发明的具体实施方式进行了详细介绍，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干修饰和改进，比如按照待拍照的种子大小修改圆形槽和矩形槽的尺寸等，这些修饰和改进也都属于本发明权利要求的保护范围。