王金星 李玉風(fēng) 江 浩 張宏建 張春慶 劉雙喜,4

(1.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械與電子工程學(xué)院， 泰安 271018； 2.山東省農(nóng)業(yè)裝備智能化工程實(shí)驗(yàn)室， 泰安 271018；3.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院， 泰安 271018； 4.山東省園藝機(jī)械與裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 泰安 271018)

0 引言

玉米是世界上種植范圍最廣、總產(chǎn)量最高的經(jīng)濟(jì)作物，在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位[1]。玉米籽粒由種皮、胚部和胚乳組成，胚乳部分又分為角質(zhì)胚乳和粉質(zhì)胚乳[2-3]。玉米籽粒各組分的成分不同，導(dǎo)致籽粒內(nèi)部密度差異以及受熱表現(xiàn)不同，從而影響玉米干燥裂紋的形成[4-5]。玉米籽粒圖像分割可以獲得角質(zhì)胚乳、粉質(zhì)胚乳及胚部的分布，為玉米籽粒內(nèi)部組分立體結(jié)構(gòu)分布和干燥裂紋形成機(jī)理的研究提供理論基礎(chǔ)，對干燥玉米品質(zhì)控制及干燥參數(shù)選擇具有指導(dǎo)意義。

玉米圖像的分割主要集中于植株、粘連籽粒和病害等方面[6-8]，對單粒玉米籽粒圖像內(nèi)部組分的分割方法研究較少。胚乳的粉質(zhì)部分與胚部色彩相近，對比度低，難以精確地進(jìn)行分割提取。程洪等[9]采用自動(dòng)屏蔽0值像素的大津法和形態(tài)學(xué)運(yùn)算對玉米籽粒圖像進(jìn)行分割，得到胚部區(qū)域。張俊雄等[10]基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對遺傳標(biāo)記后的玉米單倍體種子圖像進(jìn)行分割。劉雙喜等[11]利用多段閾值分割方法對縱剖染色的玉米籽粒分割，得到玉米角質(zhì)區(qū)和粉質(zhì)區(qū)圖像。國內(nèi)外專家對于邊緣模糊和低對比度圖像的分割方法也進(jìn)行了諸多研究[12-14]，SARABPREET等[15]通過多尺度頂帽濾波器和h-最大值組合改善圖像對比度，提出了一種曲線初始化水平集方法，提取接觸細(xì)胞的細(xì)胞核和細(xì)胞邊界。MOHAMMAD等[16]改進(jìn)了直方圖分割技術(shù)，對圖像進(jìn)行歸一化處理，避免圖像增強(qiáng)過程中熵的損失。張銘鈞等[17]提出一種基于灰度化權(quán)值調(diào)整的水下彩色圖像分割方法，通過改變各通道比例，增強(qiáng)灰度化后圖像中目標(biāo)與背景的對比度。陳本智等[18]提出了一種新的無監(jiān)督學(xué)習(xí)的焊縫區(qū)域檢測算法，完成了焊縫區(qū)域的準(zhǔn)確分割。

綜合國內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有分割方法大多為單顏色空間下基于灰度變換和機(jī)器學(xué)習(xí)的改進(jìn)算法，存在分割精度不高、需要大量訓(xùn)練等問題。為解決上述問題，本文提出一種基于色彩通道非線性變換的多通道重疊區(qū)域圖像分割法，分割單粒玉米籽粒低對比度透射圖像，以精確提取不同玉米品種籽粒各組分。

1 材料選擇與圖像采集

1.1 材料選擇

選擇山東農(nóng)業(yè)大學(xué)黃淮海區(qū)域玉米技術(shù)創(chuàng)新中心提供的2018年黃淮海地區(qū)廣泛種植的夏玉米——先玉335、鄭單958、登海605、聯(lián)創(chuàng)808、秋樂368和萬盛68[19-21]作為試驗(yàn)材料，從每個(gè)玉米品種中選取200粒(共計(jì)1 200粒)玉米籽粒作為研究樣本。為獲取玉米籽粒各組分，采集其透射圖像進(jìn)行研究。

1.2 圖像采集裝置

玉米籽粒透射圖像采集裝置主要由LED面光源、MV-DC-500型工業(yè)CCD相機(jī)、M3Z1228C-MP型成像鏡頭、相機(jī)支架以及裝有圖像采集軟件的計(jì)算機(jī)構(gòu)成，如圖1所示。LED面光源的色溫為6 500 K，使用時(shí)放置于玉米籽粒下方作為背景光源，以穿透籽粒觀察其內(nèi)部組分。工業(yè)CCD相機(jī)搭配成像鏡頭，技術(shù)參數(shù)如表1所示，通過計(jì)算機(jī)的圖像采集軟件實(shí)現(xiàn)對不同品種玉米籽粒透射圖像的采集，透射圖像如圖2所示。

圖1 玉米籽粒透射圖像采集裝置Fig.1 Maize grain transmission image acquisition device1.工業(yè)CCD相機(jī) 2.成像鏡頭 3.相機(jī)支架 4.LED面光源 5.圖像采集軟件 6.計(jì)算機(jī)

表1 技術(shù)參數(shù)Tab.1 Technical parameters

圖2 玉米籽粒透射圖像Fig.2 Maize grain transmission image

1.3 玉米籽粒單粒提取

試驗(yàn)中一次性采集多粒玉米籽粒，為便于統(tǒng)計(jì)運(yùn)算，分析玉米籽粒的分割效果，需要對每個(gè)品種的玉米籽粒透射圖像進(jìn)行單粒提取。首先，對玉米籽粒透射圖像進(jìn)行灰度化處理，并通過單閾值(T0=245)分割的方式將單粒玉米籽粒與背景精確分開，得到二值圖像。其次，使用目標(biāo)輪廓查找函數(shù)，設(shè)定輪廓的面積范圍，得到彼此獨(dú)立的所有籽粒輪廓，并對其編號。最后，根據(jù)籽粒輪廓的最小外接矩形進(jìn)行感興趣區(qū)域提取，得到對應(yīng)編號的單粒玉米籽粒透射圖像，提取過程如圖3所示。

圖3 單粒玉米籽粒圖像提取過程Fig.3 Extraction process of single maize grain image

2 單粒玉米籽粒圖像分割

閾值分割法作為一種基于區(qū)域的傳統(tǒng)圖像分割技術(shù)，是按照灰度級把像素點(diǎn)劃分成不同區(qū)域[22]。但從圖3可以看出，單粒玉米籽粒透射圖像對比度較低，在一些像素變化不明顯的區(qū)域，僅靠改變閾值不能精確完成分割。因此，提出一種基于色彩通道非線性變換的多通道重疊區(qū)域法，以精確分割玉米籽粒透射圖像。

2.1 多通道重疊區(qū)域法

多通道重疊區(qū)域法是將求解兩圖像重疊區(qū)域的問題等效為求解兩個(gè)圖像集合的交集。圖4中圖像A、B為像素值僅含0和255的二值圖像，A和B所有具有相同信息的像素點(diǎn)(坐標(biāo)(x，y)及像素值都相同)構(gòu)成的集合即為兩個(gè)圖像集合的交集，即上述提及的重疊區(qū)域。圖中×表示兩圖像像素信息不同的像素點(diǎn)，構(gòu)成的圖像集合為非重疊區(qū)域。多通道重疊區(qū)域法要求兩圖像滿足：兩圖像為尺寸相等的二值圖像；兩圖像包含重疊區(qū)域；兩圖像的重疊區(qū)域或非重疊區(qū)域至少一個(gè)為目標(biāo)圖像。

圖4 重疊區(qū)域法原理圖Fig.4 Principle diagrams of overlapping region method

通過對低對比度彩色圖像進(jìn)行多通道的閾值分割，可以獲得包含重疊區(qū)域的二值圖像A、B，同時(shí)逐行掃描二值圖像A、B，比較兩圖像對應(yīng)像素點(diǎn)的信息。若二者相應(yīng)坐標(biāo)(x，y)上的像素值相等，則提取重疊區(qū)域的信息(包括坐標(biāo)及像素值)，存入存儲目標(biāo)區(qū)域Ⅰ；若二者相應(yīng)坐標(biāo)點(diǎn)(x，y)上的像素值不相等，則提取非重疊區(qū)域的信息，存入存儲目標(biāo)區(qū)域Ⅱ；以此類推，直至圖像掃描完畢，所有像素點(diǎn)構(gòu)成的重疊區(qū)域、非重疊區(qū)域即目標(biāo)區(qū)域Ⅰ、Ⅱ被完全找到并成功提取，流程圖如圖5所示。

圖5 多通道重疊區(qū)域法流程圖Fig.5 Flow chart of multi-channel overlapping region method

2.2 角質(zhì)胚乳分割

角質(zhì)胚乳部分為黃色半透明狀，在背景面光源的照射下呈現(xiàn)亮度較高的黃色，與粉質(zhì)胚乳和胚部的顏色差別較為明顯。根據(jù)上述多通道重疊區(qū)域法，提取玉米籽粒角質(zhì)胚乳部分的圖像。首先，對單粒玉米籽粒圖像進(jìn)行灰度化、二值化處理，獲得圖6a所示的籽粒整體二值圖像；然后，將RGB圖像進(jìn)行通道分離，選擇圖6b角質(zhì)胚乳亮度遠(yuǎn)高于粉質(zhì)胚乳和胚部的R通道圖像，根據(jù)雙峰法[23]進(jìn)行單閾值分割獲得圖6c所示的粉質(zhì)胚乳+胚部二值圖像；最后，同時(shí)逐行掃描兩二值圖像，比較整體和粉質(zhì)胚乳+胚部的二值圖像像素信息，提取兩者像素信息不同的非重疊區(qū)域存儲為圖6d所示的角質(zhì)胚乳二值圖像。根據(jù)圖6c、6d二值圖像中黑色區(qū)域的像素點(diǎn)坐標(biāo)，提取單粒玉米籽粒彩色圖像對應(yīng)的像素點(diǎn)信息，得到圖6e所示粉質(zhì)胚乳+胚部、圖6f所示角質(zhì)胚乳的彩色圖像。

2.3 粉質(zhì)胚乳和胚部分割

從圖6e可以看出，粉質(zhì)胚乳+胚部圖像的粉質(zhì)胚乳與胚部顏色接近，灰度化得到圖7所示的玉米籽粒粉質(zhì)胚乳+胚部灰度圖像，并提取其灰度分布直方圖。

圖7 粉質(zhì)胚乳+胚部灰度圖像及其灰度分布Fig.7 Gray image of farinaceous endosperm+embryo and its gray-scale distribution

由圖7可見，粉質(zhì)胚乳+胚部灰度圖像的各灰度對應(yīng)像素?cái)?shù)無明顯差異，即雙峰谷底與峰頂距離太近，不存在明顯雙峰特性，甚至存在粉質(zhì)胚乳與胚部灰度十分接近的單峰現(xiàn)象。若在灰度圖像下分割，不可避免有部分目標(biāo)提取不全甚至根本無法分割的情況。RGB空間中3個(gè)分量存在強(qiáng)相關(guān)性，胚部及粉質(zhì)胚乳在RGB顏色空間下不易分割，因此需要找到能明顯區(qū)分玉米籽粒粉質(zhì)胚乳與胚部的顏色分量，且灰度差別越大越有利于玉米籽粒粉質(zhì)胚乳+胚部圖像的分割。

Lab顏色空間是由亮度L和色彩a、b3個(gè)要素組成，Lab顏色空間不僅可以消除顏色分量之間的強(qiáng)相關(guān)性，而且能夠有效地將玉米籽粒圖像的灰度信息與顏色信息分離開[24]，利于胚部及粉質(zhì)胚乳的分割。自然采集環(huán)境下玉米籽粒透射圖像的粉質(zhì)胚乳部分為橙黃色，且恰好位于b分量的黃色到藍(lán)色區(qū)間，b通道下的粉質(zhì)胚乳亮度較高，因此可以選擇b通道來提取粉質(zhì)胚乳區(qū)域。

要在Lab顏色空間的b通道下分割，就需要先進(jìn)行色彩通道非線性變換，將RGB顏色空間轉(zhuǎn)換為Lab顏色空間。為增加b通道下紅色占比，提高粉質(zhì)胚乳亮度，通過大量試驗(yàn)調(diào)整其轉(zhuǎn)換矩陣參數(shù)，改變Y分量中R、G的比例，取Y=0.712 671R+0.215 160G+0.072 169B，以提高b通道圖像的對比度。將RGB顏色空間轉(zhuǎn)為XYZ空間，以及將XYZ空間轉(zhuǎn)換為Lab顏色空間的轉(zhuǎn)換公式為

(1)

式中R、G、B——RGB顏色空間分量

X、Y、Z——圖像坐標(biāo)值

L=2.55(116f(Y/Yn)-16)

(2)

a=500(f(X/Xn)-f(Y/Yn))+128

(3)

b=200(f(Y/Yn)-f(Z/Zn))+128

(4)

其中

(5)

Xn=0.950 46Yn=1.0Zn=1.088 75

式中Xn、Yn、Zn——RGB顏色空間到XYZ坐標(biāo)空間轉(zhuǎn)換矩陣系數(shù)

t——空間坐標(biāo)值與空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣系數(shù)的比值

L、a、b——Lab顏色空間分量

由此，得到圖8所示的在Lab顏色空間下的玉米籽粒粉質(zhì)胚乳+胚部b通道圖像，此時(shí)Lab顏色空間的b分量取值范圍為0～255，并提取其灰度分布直方圖，圖中T為閾值。

圖8 粉質(zhì)胚乳+胚部b通道圖像及其灰度分布Fig.8 b channel image of farinaceous endosperm+embryo and its gray-scale distribution

由圖8可知，粉質(zhì)胚乳+胚部b通道圖像胚部與粉質(zhì)胚乳呈現(xiàn)明顯的雙峰，圖像對比度較高，胚部與粉質(zhì)胚乳的區(qū)別更為明顯。說明在b通道下能有效區(qū)分胚部目標(biāo)和粉質(zhì)胚乳目標(biāo)。根據(jù)雙峰法以兩峰之間對應(yīng)像素?cái)?shù)最少處的谷底灰度作為閾值T，對粉質(zhì)胚乳+胚部b通道圖像進(jìn)行閾值分割，得到圖9a所示的粉質(zhì)胚乳二值圖像。然后，同時(shí)逐行掃描粉質(zhì)胚乳+胚部和粉質(zhì)胚乳的二值圖像，比較二值圖像像素信息，提取兩者像素信息不同的非重疊區(qū)域存儲為圖9b所示的胚部二值圖像。根據(jù)圖9a、9b中黑色區(qū)域的像素點(diǎn)坐標(biāo)，提取粉質(zhì)胚乳+胚部彩色圖像對應(yīng)的像素點(diǎn)信息，得到粉質(zhì)胚乳(圖9c)、胚部(圖9d)彩色圖像。

圖9 粉質(zhì)胚乳和胚部分割過程Fig.9 Segmentation process of farinaceous endosperm and embryo

2.4 玉米籽粒分割結(jié)果

首先在R通道下分割提取粉質(zhì)胚乳+胚部圖像，通過多通道重疊區(qū)域法得到角質(zhì)胚乳圖像；再將粉質(zhì)胚乳+胚部圖像從RGB顏色空間轉(zhuǎn)換到Lab顏色空間，在目標(biāo)明顯的b通道下分割提取粉質(zhì)胚乳圖像，并采用多通道重疊區(qū)域法得到胚部圖像。為直觀展現(xiàn)分割效果，依次提取角質(zhì)胚乳、粉質(zhì)胚乳以及胚部圖像的非白色區(qū)域存儲到新建的RGB圖像數(shù)據(jù)集中，將3部分的分割結(jié)果融合為一幅彩色圖像，如圖10所示。其中，藍(lán)色、紅色及綠色區(qū)域分別為玉米籽粒的角質(zhì)胚乳、粉質(zhì)胚乳和胚部。

圖10 3部分融合圖像Fig.10 Three-part fusion images

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為測試本文方法的精確性和適用性，以手動(dòng)分割作為參考標(biāo)準(zhǔn)，對不同玉米品種籽粒圖像進(jìn)行不同分割方法對比試驗(yàn)[25]。采集6個(gè)品種玉米籽粒低對比度透射圖像，基于本文方法對不同玉米品種籽粒圖像進(jìn)行分割試驗(yàn)，開展固定閾值法、分水嶺法、區(qū)域生長法和多閾值法等傳統(tǒng)分割方法對不同玉米品種籽粒低對比度圖像的分割試驗(yàn)，以對比分析本文方法在玉米籽粒圖像分割中的性能優(yōu)勢。采集黃玉米、白玉米、白糯玉米、紅糯玉米和黑糯玉米籽粒透射圖像，基于本文方法對不同顏色玉米籽粒圖像進(jìn)行分割試驗(yàn)，測試本文方法的適用性。

3.2 試驗(yàn)分析

3.2.1不同品種玉米籽粒組分分割

利用本文方法對6個(gè)品種(各200粒)玉米籽粒圖像進(jìn)行分割，不同玉米品種分割結(jié)果如圖11所示。圖11中從左到右依次為原圖、角質(zhì)胚乳圖像、粉質(zhì)胚乳圖像、胚部圖像、三色融合圖像、彩色融合圖像。

圖11 基于多通道重疊區(qū)域法的不同品種玉米籽粒圖像分割結(jié)果Fig.11 Image segmentation results of different maize varieties by multi-channel overlapping region method

(6)

(7)

(8)

(9)

其中

ri——第i個(gè)區(qū)域的查全率

pi——第i個(gè)區(qū)域的查準(zhǔn)率

wi——加權(quán)系數(shù)

F1為r、p的綜合評價(jià)指標(biāo)[27]，計(jì)算公式為

F1=2rp/(r+p)

(10)

式中F1——綜合評價(jià)指標(biāo)

以手動(dòng)分割結(jié)果作為參考分割圖，分別統(tǒng)計(jì)不同玉米品種200粒籽粒的角質(zhì)胚乳、粉質(zhì)胚乳與胚部區(qū)域各自查全率與查準(zhǔn)率平均值以及籽粒全局查全率、全局查準(zhǔn)率平均值，結(jié)果如圖12所示。

圖12 基于多通道重疊區(qū)域法的各玉米品種籽粒圖像分割結(jié)果量化評價(jià)結(jié)果Fig.12 Quantitative evaluation results of image segmentation results by multi-channel overlapping region method

從圖12中可以看出，不同品種玉米籽粒的角質(zhì)胚乳、粉質(zhì)胚乳及胚部的查全率均不小于96.22%，查準(zhǔn)率均不小于97.51%。籽粒全局查全率與全局查準(zhǔn)率約為98%，分割結(jié)果準(zhǔn)確。分割方法適用范圍廣，百粒玉米籽粒的分割效果穩(wěn)定。本文方法對圖2中200粒玉米籽粒透射圖像的分割結(jié)果，如圖13所示。

圖13 玉米籽粒透射圖像分割結(jié)果Fig.13 Segmentation effect of maize grain transmission image

3.2.2不同分割方法對玉米籽粒組分的分割效果

為進(jìn)一步驗(yàn)證本文方法在玉米籽粒圖像分割中的優(yōu)勢，以手動(dòng)分割結(jié)果為參照，分別利用固定閾值法、分水嶺法、區(qū)域生長法、多閾值法和重疊區(qū)域法等不同分割方法對玉米籽粒粉質(zhì)胚乳+胚部低對比度圖像進(jìn)行分割，結(jié)果如圖14所示。圖14中從左到右依次為原圖以及固定閾值法、分水嶺法、區(qū)域生長法、多閾值法、本文方法、手動(dòng)分割法處理結(jié)果。

圖14 不同品種玉米籽粒粉質(zhì)胚乳+胚部圖像經(jīng)不同分割方法處理后的分割結(jié)果Fig.14 Segmentation results of farinaceous endosperm+embryo images of different maize varieties processed by different methods

從圖14可以看出，粉質(zhì)胚乳與胚部RGB色彩相近，固定閾值法分割彩色圖像時(shí)，無論選用的閾值多大，粉質(zhì)胚乳與胚部均有所粘連，無法實(shí)現(xiàn)對圖像粉質(zhì)胚乳和胚部的分割；分水嶺法將粉質(zhì)胚乳與胚部看作一體，能夠與白色背景分開，但無法區(qū)分玉米籽粒的粉質(zhì)胚乳和胚部；基于區(qū)域生長的分割方法分割效果與固定閾值法基本一致，粉質(zhì)胚乳與胚部邊緣無法區(qū)分，各玉米品種分割效果略有差異；多閾值法分割粉質(zhì)胚乳+胚部圖像時(shí)，雖然提取了部分胚部圖像，但錯(cuò)誤地識別了部分與胚部顏色相近的粉質(zhì)胚乳區(qū)域，不能精確分割目標(biāo)圖像；本文方法分割得到的胚部圖像與手動(dòng)分割的結(jié)果相似度極高，能夠精確分割玉米籽粒粉質(zhì)胚乳+胚部低對比度圖像，不同品種玉米籽粒的分割效果均比傳統(tǒng)分割方法準(zhǔn)確。

為了對不同分割方法處理后的各玉米品種籽粒粉質(zhì)胚乳+胚部圖像分割結(jié)果進(jìn)行定量評價(jià)，分別統(tǒng)計(jì)了基于不同分割方法的胚部區(qū)域的查全率與查準(zhǔn)率及其綜合評價(jià)指標(biāo)F1，其平均值如表2所示。

表2 基于不同分割方法的玉米籽粒粉質(zhì)胚乳+胚部圖像分割結(jié)果量化評價(jià)Tab.2 Quantitative evaluation of segmentation results of farinaceous endosperm+embryo images processed by different methods %

由表2可知，分水嶺分割法查全率雖然最高，但分割結(jié)果包含非目標(biāo)區(qū)域，且查準(zhǔn)率較低；固定閾值法與區(qū)域生長法的F1值均在77%左右，分割效果相似；多閾值法在查準(zhǔn)率與查全率上均有所提升，綜合指標(biāo)F1值達(dá)到88.45%，分割效果優(yōu)于分水嶺法、區(qū)域生長法及固定閾值法；本文方法的查全率、查準(zhǔn)率與F1值均達(dá)到98%以上，分割效果最優(yōu)。傳統(tǒng)分割方法不能避免光照對圖像分割質(zhì)量的影響，對于低對比度的粉質(zhì)胚乳與胚部不能精確區(qū)分，分割精度由低到高依次為分水嶺法、區(qū)域生長法、固定閾值法、多閾值法、本文方法。

3.2.3不同顏色玉米籽粒組分分割

為討論本文方法對于不同顏色玉米籽粒透射圖像分割的適應(yīng)性，在相同光照強(qiáng)度、同樣采集環(huán)境下，使用圖1所示的透射圖像采集裝置采集黃玉米、白玉米、白糯玉米、紅糯玉米和黑糯玉米籽粒透射圖像，并利用本文方法對不同顏色玉米籽粒透射圖像進(jìn)行分割，結(jié)果如圖15所示。

圖15 不同顏色玉米籽粒透射圖像分割結(jié)果Fig.15 Segmentation results of different color maize grains transmission image

從圖15可以看出，本文方法對于黃玉米與白玉米籽粒透射圖像內(nèi)部組分的分割較精確，而對于白糯玉米、紅糯玉米和黑糯玉米籽粒透射圖像的分割效果較差。由于黃玉米與白玉米籽粒的角質(zhì)透明，透光效果好，透射圖像內(nèi)部組分清楚，分割結(jié)果精確；而白糯玉米、紅糯玉米和黑糯玉米為糯玉米(即蠟質(zhì)玉米)，籽粒胚乳呈角質(zhì)不透明無光澤的蠟質(zhì)狀，透光效果差，導(dǎo)致籽粒分割難度變大，白糯玉米籽粒出現(xiàn)胚部分割不全、精度不高的問題，且紅糯玉米和黑糯玉米自身顏色較深，影響透射圖像采集效果，不能成功區(qū)分籽粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)，分割效果最差；因此，透射圖像分割方法適用于透光性良好的透明角質(zhì)玉米籽粒組分分割，對于具有不透明蠟質(zhì)的糯玉米并不適用。

3.3 試驗(yàn)分析

本文方法對不同品種玉米籽粒圖像分割試驗(yàn)表明，本文方法能夠?qū)崿F(xiàn)低對比度玉米籽粒圖像的精確分割，能避免光照強(qiáng)度對圖像分割質(zhì)量的影響。且不同分割方法對不同品種的玉米籽粒粉質(zhì)胚乳+胚部低對比度圖像的分割效果表明，本文方法可以消除顏色分量之間的強(qiáng)相關(guān)性，分割效果優(yōu)于傳統(tǒng)分割方法，分割精度更高。不同顏色玉米籽粒圖像分割試驗(yàn)表明，本文方法適用于透光性良好的透明角質(zhì)玉米籽粒組分分割。

4 結(jié)論

(1)為實(shí)現(xiàn)對玉米籽粒低對比度透射圖像的精確分割，提出了一種基于色彩通道非線性變換的多通道重疊區(qū)域分割方法。該方法將玉米籽粒圖像從RGB顏色空間轉(zhuǎn)換到Lab顏色空間，實(shí)現(xiàn)多顏色空間多通道混用，降低對比度低對圖像分割造成的影響，并利用多通道重疊區(qū)域法分割玉米籽粒透射圖像，精確提取內(nèi)部組分。

(2)采用本文方法和傳統(tǒng)分割方法對玉米籽粒低對比度透射圖像的分割效果進(jìn)行比較，結(jié)果表明，本文方法分割結(jié)果的查全率、查準(zhǔn)率與綜合指標(biāo)均達(dá)到98%以上，最接近手動(dòng)分割結(jié)果，效果最優(yōu)；雖然分水嶺法、區(qū)域生長法、固定閾值法和多閾值法等傳統(tǒng)分割方法的分割精度依次提升，但都不能精確區(qū)分玉米籽粒的粉質(zhì)胚乳與胚部。

(3)本文方法能夠避免光照對圖像分割質(zhì)量的影響，能夠精確分割玉米籽粒組分，對不同品種透明角質(zhì)玉米籽粒具有很強(qiáng)的適用性，有助于對玉米籽粒內(nèi)部組分結(jié)構(gòu)分布進(jìn)行研究，為玉米的干燥處理提供指導(dǎo)。