基于機(jī)器視覺判別瓜類嫁接苗成活的試驗(yàn)研究

　　摘要:嫁接育苗是解決蔬菜生產(chǎn)土傳病害的重要手段，嫁接苗愈合是嫁接育苗生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，而目前嫁接苗愈合成活狀態(tài)的判斷主要依靠人工觀察接穗真葉是否出現(xiàn)，以及根據(jù)愈合狀態(tài)判斷遲滯，降低了嫁接苗規(guī)?；a(chǎn)時愈合裝置的利用率。為此，提出了基于機(jī)器視覺技術(shù)在瓜類嫁接苗愈合期實(shí)時觀測嫁接苗生長狀態(tài)的方法，通過比對愈合初期嫁接苗的接穗子葉相似度判斷嫁接苗的愈合成活狀態(tài)。試驗(yàn)研究表明:未成活嫁接苗在嫁接后的2～3天接穗子葉形態(tài)急劇變化，相似度下降至0%;而成活嫁接苗接穗子葉形態(tài)變化緩慢，相似度在30%～40%之間波動。該方法與接穗真葉觀察法相比，可預(yù)計提前1～2天確定嫁接苗的成活狀態(tài)，縮短了嫁接苗的愈合周期，提高了嫁接苗愈合裝置的利用率。

　　關(guān)鍵詞:瓜類嫁接苗;愈合;成活;機(jī)器視覺

　　0引言

　　隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的不斷推進(jìn)，機(jī)器視覺技術(shù)逐漸被應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中，有效地提高了農(nóng)作物生產(chǎn)的效率。人們的生活水平不斷提高，蔬菜的需求量越來越大，傳統(tǒng)的蔬菜生產(chǎn)模式已無法滿足市場需求，因此蔬菜生產(chǎn)正朝著規(guī)?；?、自動化和產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展。其中，瓜類作物中需求量比較大的黃瓜、西瓜等由于土傳病害的影響無法連作，導(dǎo)致產(chǎn)量和品質(zhì)下降，通過嫁接技術(shù)可以解決土傳病害問題，提高產(chǎn)量，改善品質(zhì)。嫁接苗的生產(chǎn)一般包括播種、育苗、嫁接、愈合和煉苗等過程，愈合過程一般為7天［1－2］。對于嫁接苗規(guī)?；a(chǎn)，如果縮短愈合期的時間，可以大幅地提高嫁接苗愈合裝置利用率和嫁接苗的生產(chǎn)率。以往判別嫁接苗的成活依靠的是人工觀察接穗真葉的出芽情況［3］，這種判別方法會延遲判別嫁接苗實(shí)際成活的時間點(diǎn)，影響愈合裝置的使用效率，降低嫁接苗規(guī)模化生產(chǎn)效率。嫁接苗的生產(chǎn)量大，在規(guī)?；a(chǎn)的過程中需要愈合裝置的高效周轉(zhuǎn)才能實(shí)現(xiàn)蔬菜嫁接苗的高效生產(chǎn)。為此，提出基于機(jī)器視覺技術(shù)，在瓜類嫁接苗愈合期實(shí)時觀測嫁接苗生長狀態(tài)的方法，通過比對愈合初期嫁接苗的形態(tài)判斷嫁接苗的收稿日期:2018－10－30基金項(xiàng)目:國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項(xiàng)目(2017YFD0701500)作者簡介:蘇穎欣(1994－)，女，廣東江門人，碩士研究生，(E－mail)291254990@qq．com。通訊作者:辜松(1963－)，男，廣東汕頭人，教授，博士生導(dǎo)師，(E－mail)sgu666@sina．com。愈合情況，提前判別出嫁接苗的成活狀態(tài)，從而改善愈合裝置的使用效率，進(jìn)一步提高嫁接苗規(guī)模化生產(chǎn)的效率。

　　1嫁接苗成活判別方法

　　嫁接苗的成活特征是接穗的生長，因此本試驗(yàn)判別嫁接苗成活的方法是利用CognexIn－SightExplorer視覺系統(tǒng)對接穗的形態(tài)特征進(jìn)行提取［4］，訓(xùn)練出開始愈合時接穗形態(tài)的模板，隨后在愈合期間連續(xù)獲取接穗圖像與訓(xùn)練模板進(jìn)行比對。當(dāng)接穗生長時愈合接穗形態(tài)與原來模板必然會出現(xiàn)差異，以此判斷嫁接苗的成活。本文提出的基于CognexIn－SightExplorer視覺系統(tǒng)的接穗生長特征提取方法，技術(shù)路線如圖1所示，具體效果如圖2所示。

　　2機(jī)器視覺測試裝置搭建

　　2．1嫁接苗愈合裝置

　　嫁接苗的愈合需要無光、高濕的環(huán)境［5］，而高濕的環(huán)境會使鏡頭表面形成白霧而阻礙正常圖像的采集。為了防止高濕對圖像采集的影響，本試驗(yàn)將CCD相機(jī)放置在正對愈合裝置的外側(cè)。愈合裝置內(nèi)部搭建了雙層載物旋轉(zhuǎn)臺，每層可放16株嫁接苗，由PLC控制伺服電機(jī)驅(qū)動雙層載物旋轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)［6］。為便于二值化處理，防止嫁接苗之間的干擾，圖像背景選為白色，每株嫁接苗之間利用白色PP板隔開。愈合裝置設(shè)計原理圖如圖3所示。

　　2．2機(jī)器視覺系統(tǒng)

　　機(jī)器視覺系統(tǒng)主要是由相機(jī)(CognexIn－Sight1100)、計算機(jī)2(雙核CPU，7．89GB，顯卡Intel(Ｒ)HDGraphics4000)及光源(JZD無頻閃燈帶220V，2000W)等3個模塊組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示。

　　3試驗(yàn)材料與方法

　　試驗(yàn)研究的對象為黃瓜嫁接苗，選用黃瓜做接穗，南瓜做砧木。種子是中國農(nóng)科院蔬菜花卉研究所研制的粵秀3號青瓜和蜜本3號南瓜。選用飽滿的種子，用100倍福爾馬林溶液浸泡20min，用清水洗干凈，再用清水浸泡2h后至于30°C恒溫箱內(nèi)進(jìn)行催芽，1天即可出芽播種。砧木(南瓜)比接穗(黃瓜)早播4天，待接穗幼苗子葉展開，砧木幼苗第1片真葉至10mm高時開始嫁接操作。本試驗(yàn)采用插接法嫁接，去除砧木的真葉，取粗0．2～0．3mm的竹簽，將竹簽的尖端緊貼砧木一子葉基部的內(nèi)側(cè)，向另一子葉的下方斜插，插入深度為0．5mm左右，不穿破砧木表皮。用刀片從黃瓜子葉下約0．5mm處入刀，在相對的兩側(cè)面切一刀，切面長0．5～0．7mm，刀口要保持平滑。接穗削好后，即將竹簽從砧木中拔出，并插入接穗，插入的深度以削口與砧木插孔平為度［8－9］。一般的嫁接方法如圖7所示。本文為了便于觀察和提取嫁接苗的生長信息，采用砧木子葉與接穗子葉平行嫁接的方法。

　　5結(jié)論

　　1)利用CognexIn－SightExplorer視覺系統(tǒng)持續(xù)性地監(jiān)測嫁接苗接穗子葉的相似度變化情況，結(jié)果表明:在第3天，未成活嫁接苗相似度急劇下降至0%，而成活嫁接苗相似度仍能維持在30%～40%之間且沒出現(xiàn)急劇下降的情況，由此可判別出成活的嫁接苗。

　　2)愈合裝置的濕度變化對嫁接苗接穗子葉相似度的判斷有影響。

　　3)該方法與傳統(tǒng)的接穗真葉觀察法相比，可提前1～2天確定嫁接苗的成活狀態(tài)，加快嫁接苗的愈合周期，提高了嫁接愈合裝置的利用率，可為嫁接苗愈合后續(xù)補(bǔ)光、通風(fēng)及煉苗提前提供參考。

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《基于機(jī)器視覺判別瓜類嫁接苗成活的試驗(yàn)研究》

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