采用图像扫描法快速测定芦笋种子粒数和千粒重

高慧敏，田玉，刘志强，赵振芳

（1.河北省农林科学院经济作物研究所，河北 石家庄 050051；2.邯郸经济技术开发区农产品加工园区管委会，河北 邯郸 057153）

芦笋（Asparagus officinalis L.）属百合科天冬门属，俗称石刁柏，是雌雄异株宿根性多年生植物。芦笋的食用部分是嫩茎，其营养价值全面。芦笋中含有丰富的蛋白质、氨基酸、微量元素和类黄酮类物质等，具有降低血压血脂、排毒利尿、增强免疫力等功效。芦笋提取物中还含有甾体皂甙物质，具有防止癌细胞扩散的功能，对多种癌症均有很好的疗效，故芦笋有“蔬菜之王”之称，被世界卫生组织定为世界十大蔬菜之首[1～6]。随着人们对芦笋价值的深入认识，芦笋市场需求不断增大，因此芦笋产业的发展前景良好。目前我国已成为世界芦笋生产大国，种植面积约为10 万hm2，居世界第1 位[7，8]。芦笋种子绝大多数依靠进口，双杂种子价格为8 000～10 000 元/kg，价格昂贵[9]。用种量、种子饱满度和发芽率与生产成本关系密切，因此，需要对芦笋种子数量和千粒重等数据进行调查。传统的种子计数和千粒重测量都依赖于人工，这种方法费时、费工，已经不适合现代农业发展需求。依据图像采集及数字化处理技术，开发了一种快速、简便、准确的种子计数和千粒重测量方法，不仅能够提高生产效率，还能够节约劳动成本。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 芦笋种子 芦笋品种为冀芦绿王，由河北省农林科学院经济作物研究所提供种子。选择饱满、无明显病虫害的种子进行试验。

1.1.2 仪器设备 扫描仪1 台：型号为爱普生EPSON V370，设置为“彩色照片”模式，分辨率为200～800 dpi。常规电脑1 台，并安装Image-Pro Plus V6.0 图像处理软件（下载地址：http：//www.mediacy.com）。

1.2 试验方法

以人工测定法为对照，对研究开发的利用图像处理技术（图像处理法）测定芦笋种子粒数和千粒重的方法进行分析与评价。

1.2.1 人工测定法 人工测定芦笋种子千粒重方法参照GB 5519—85[10]进行。从无杂质的芦笋种子样品中随机数取种子，用天平称重（精确到0.1 g），人工统计粒数，重复3 次。然后计算千粒重，取平均值。

1.2.2 图像扫描法

1.2.2.1 扫描分辨率确定。将扫描仪分辨率分别设置为200、400、600 和800 dpi，对随机选取的芦笋种子样品进行扫描，记录扫描所用时间、存储文件大小。确定最优扫描分辨率。

1.2.2.2 图像扫描法快速测定芦笋种子粒数。将芦笋种子松散地撒到扫描仪平板上（图1A），在最优扫描分辨率下进行扫描，保存图片。利用Image-pro plus V6.0软件打开保存的图片，点击工具栏上的“count/size”按键，然后在弹出的对话框中点击“select colors”按键，利用吸管工具选取芦笋子粒颜色，选中大部分芦笋子粒（图1B）。关闭对话框，点击“count/size”对话框上的“count”按键（图1C），然后点击菜单栏view 中的“statistics”按键，就可以直接得到种子的粒数。

图1 利用图像扫描法测定芦笋种子粒数Fig.1 Seed number determined using image scanning method

以人工计数的方法对图像扫描法的统计结果进行核实确认。

1.2.2.3 芦笋种子千粒重计算。利用分析天平（精度0.01 g）对种子样品进行称重，根据样品重量、样品种子粒数计算得到样品的千粒重，重复3 次，取平均值。样品千粒重计算公式为：

2 结果与分析

2.1 确定最优扫描分辨率

利用Image-Pro Plus 软件中4 种分辨率扫描样本，并进行保存和计数处理。结果显示（表1），扫描所需时间和图像文件所占存储空间均随着分辨率的提高而增加，且图像分析计数结果相同。因此，采用200 dpi 分辨率即可。

表1 不同分辨率处理下的样本扫描结果Table 1 The sample scanning results at different resolving power

2.2 图像扫描法快速测定芦笋种子粒数

分别采用图像扫描法和人工测定法，对同一份芦笋种子样本进行粒数统计，并记录所用时间。结果（表2）显示，图像扫描法的种子计数与人工测定法一样精确，但所需时间明显较少，且这种差异随种子数量的增多而明显增大。表明采用图像扫描法测定芦笋种子粒数不仅计数准确，还可以明显提高工作效率。

表2 图像扫描法与人工测定法的耗时比较Table 2 Time-consuming comparison between image scanning method and traditional artificial method

2.3 图像扫描法的“宏”应用

应用图像扫描法时，通过录制“宏”，可以实现多样本批量化处理。（1）把所有样本进行图像扫描。（2）“宏”录制。打开一张待分析的图片，点击菜单栏上的“Macro-Record Macro”按钮，给“宏”命名，如“测量芦笋千粒重”，点击“Macro-Shortcut Key”设置“宏”快捷键，如“Ctrl+A”（图2）；然后将图像处理、分析的过程录制成“宏”文件。（3）计数。用录制的“宏”文件进行图像批量处理，按下提前设定的快捷键即可得到芦笋种子的数量。

图2 通过录制‘宏’文件实现图像批处理Fig.2 Image batch processing by recording macro file

3 结论与讨论

以传统人工测定法结果为对照，对图像扫描法测定芦笋子粒所用时间和精度进行了分析，结果显示，图像扫描法具有快速、准确的特点，且能够批量化测定，极大地提高了工作效率。

近年来，图像处理法越来越多地用于作物性状调查和田间数据采集。如，肖永贵等[11]利用图像处理法快速有效地对田间试验材料的苗期和孕穗期植被覆盖率进行了量化分析；肖强等[12]利用数码相机和Photoshop 软件非破坏地测定了植物的叶面积；魏全全等[13]基于数字图像技术进行了冬油菜的氮素营养诊断；王方永等[14]利用数字图像估测了棉花光合有效辐射吸收比例。随着科技的进步，信息技术飞速发展，扫描仪、数码相机、智能手机和平板电脑等数字图像采集工具得到普及的同时，性能和价格更趋于合理，图像处理技术用于作物性状调查将极大地提高作物育种田间性状调查和考种的工作效率以及数据的准确性。