專利名稱：種子生活力的動(dòng)態(tài)散斑測(cè)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)量種子生活力的動(dòng)態(tài)散斑測(cè)定方法，具體的說(shuō)是涉及一種利用動(dòng)態(tài)散斑相位渦旋參數(shù)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)種子生活力的測(cè)定，可廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)育種等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
種子生活力是指種子的潛在發(fā)芽能力或者種胚所具有的生命力，是預(yù)期具有成長(zhǎng)正常幼苗的潛在能力。種子生活力測(cè)定在作物育種、種子生產(chǎn)、種子加工、種子儲(chǔ)藏、種子檢驗(yàn)及種子研究等領(lǐng)域具有重要的作用。種子生活力的測(cè)定方法主要有生物化學(xué)測(cè)定法、物理特性測(cè)定法及種子生長(zhǎng)跡象測(cè)定法三類。其中，生物化學(xué)測(cè)定法是根據(jù)死、活種子生理生化特性的差異，利用生化顯色指示劑進(jìn)行染色，然后按染色特征測(cè)定種子的生活力；這類方法操作規(guī)程比較復(fù)雜，且常采用有毒的化學(xué)試劑，易對(duì)環(huán)境造成污染。物理特性測(cè)定法主要包含軟X-射線測(cè)定法和熒光測(cè)定法，其中，軟X-射線測(cè)定法由于采用的是穿透能力很強(qiáng)的短波源，長(zhǎng)期使用易對(duì)測(cè)試者的身體造成傷害；而熒光測(cè)定法僅適合于含有熒光物質(zhì)的特定種類的種子。種子生長(zhǎng)跡象測(cè)定法主要包括離體胚測(cè)定法和過(guò)氧化氫浸培法，其中，離體胚測(cè)定法需要從種子組織中分離出胚，然后進(jìn)行培養(yǎng)，觀察其發(fā)芽能力，該方法操作比較復(fù)雜， 且需要較長(zhǎng)的測(cè)量時(shí)間；而過(guò)氧化氫浸培法中采用的過(guò)氧化氫對(duì)人的呼吸道及眼睛具有毒副作用。綜上分析可知，在現(xiàn)有公開(kāi)的背景技術(shù)中，發(fā)展一種綠色無(wú)污染、操作簡(jiǎn)單的種子生活力的測(cè)定方法是一個(gè)待解決的技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決上述技術(shù)問(wèn)題的不足，提供一種種子生活力的動(dòng)態(tài)散斑測(cè)定方法，該發(fā)明具有非接觸、綠色無(wú)污染、操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的為解決上述技術(shù)問(wèn)題的不足，所采用的技術(shù)方案是一種種子生活力的動(dòng)態(tài)散斑測(cè)定方法，該方法利用由連續(xù)波激光器、準(zhǔn)直擴(kuò)束器、測(cè)試臺(tái)、CCD相機(jī)和計(jì)算機(jī)構(gòu)成的測(cè)量裝置進(jìn)行測(cè)量，待測(cè)定種子放置在測(cè)試臺(tái)上，連續(xù)波激光器的光束經(jīng)準(zhǔn)直擴(kuò)束器照射在待測(cè)定種子表面，光束經(jīng)被測(cè)物體散射后，在反射區(qū)形成散斑光場(chǎng)，反射光進(jìn)入CCD 相機(jī)成像，然后存儲(chǔ)進(jìn)計(jì)算機(jī)，測(cè)定步驟如下
步驟一、剝?nèi)ゴ郎y(cè)定種子的果皮和種皮，確定種子的胚芽和胚乳位置； 步驟二、激光器發(fā)出的激光經(jīng)擴(kuò)束后，均勻照射在剝?nèi)スず头N皮的待測(cè)定種子表面； 在反射空間用CXD相機(jī)每隔5-10分鐘記錄一副散斑圖像；為保證測(cè)量精度，應(yīng)使散斑圖中的散斑顆粒的平均直徑為4 Pixels，散斑圖像尺寸不小于IOMX 10 Pixels ；記錄10幅以上的散斑圖像存儲(chǔ)進(jìn)計(jì)算機(jī)進(jìn)行后續(xù)處理；
步驟三、利用復(fù)數(shù)濾波器，對(duì)記錄的散斑圖像進(jìn)行濾波，得到它們的光強(qiáng)復(fù)信號(hào)分布；步驟四、利用光強(qiáng)復(fù)信號(hào)分布，通過(guò)實(shí)部與虛部零值線的交叉點(diǎn)來(lái)確定每個(gè)相位渦旋點(diǎn)的位置；然后，計(jì)算出每幅散斑圖中每個(gè)相位渦旋核結(jié)構(gòu)的旋度值，進(jìn)行歸一化處理，構(gòu)成旋度值歸一化數(shù)據(jù)矩陣；
步驟五、比較這10幅以上的散斑圖像的旋度值歸一化數(shù)據(jù)矩陣；若旋度值歸一化數(shù)據(jù)矩陣中的旋度值隨時(shí)間變化的平均值小于0. 1，則說(shuō)明該種子的生活力非常微弱，可以測(cè)定為壞死種子；若旋度值數(shù)據(jù)矩陣中的旋度值隨時(shí)間的變化明顯分為兩個(gè)不同的區(qū)域，其中， 一個(gè)區(qū)域的旋度值隨時(shí)間變化的平均值大于0. 3，另一個(gè)區(qū)域的旋度值隨時(shí)間變化的平均值小于0. 1 ；則說(shuō)明旋度值隨時(shí)間變化的平均值大于0. 3的區(qū)域代表胚芽，并且其生活力非常強(qiáng)，可以測(cè)定為生活力高的優(yōu)質(zhì)種子。本發(fā)明，當(dāng)激光照射在生物體上時(shí)，由于生物體對(duì)光束的無(wú)規(guī)則動(dòng)態(tài)散射，在反射空間將形成隨時(shí)間變化的散斑圖像，稱為動(dòng)態(tài)散斑。本發(fā)明利用代表種子生活力的胚芽和供給胚芽營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的胚乳的生物活性的不同，這兩個(gè)區(qū)域生成的動(dòng)態(tài)散斑的動(dòng)態(tài)特性也有顯著的差異；對(duì)于生活力高的種子來(lái)說(shuō)，胚芽由于生物活性強(qiáng)，該區(qū)域產(chǎn)生的散斑圖像隨時(shí)間的變化顯著；而胚乳的生物活性很弱，其生成的散斑圖像隨時(shí)間的變化很小。若種子的生命力很弱，則這兩個(gè)區(qū)域的散斑圖像隨時(shí)間的變化均非常小。本發(fā)明利用散斑圖像的特征因子，通過(guò)分析動(dòng)態(tài)散斑圖像隨時(shí)間的變化特性，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)種子生活力的測(cè)定。本發(fā)明的工作原理是
在動(dòng)態(tài)散斑測(cè)量中，利用CCD相機(jī)記錄種子隨時(shí)間變化的散斑圖像，圖像強(qiáng)度用
i{x,yj)表示，其中，t代表不同時(shí)刻；然后存儲(chǔ)進(jìn)計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。在散斑測(cè)量中，當(dāng)光場(chǎng)的復(fù)振幅為零時(shí)，其實(shí)部和虛部在空間該點(diǎn)同時(shí)為零，在該點(diǎn)產(chǎn)生相位奇異現(xiàn)象，稱為散斑相位渦旋。相位渦旋攜帶了散斑場(chǎng)的變化信息，因此，本發(fā)明提出利用相位渦旋作為特征因子來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量。由于利用CCD相機(jī)記錄的是散斑場(chǎng)的強(qiáng)度圖，CCD相機(jī)記錄的散斑圖是光強(qiáng)分布圖，丟失了相位信息；本發(fā)明首先通過(guò)復(fù)數(shù)濾波器將
散斑強(qiáng)度分布/(U，<)進(jìn)行濾波，得到其復(fù)數(shù)信號(hào)分布/(HO ,以拉蓋爾-高斯復(fù)數(shù)濾波
器為例，
權(quán)利要求
1.種子生活力的動(dòng)態(tài)散斑測(cè)定方法，其特征在于該方法利用由連續(xù)波激光器(1)、準(zhǔn)直擴(kuò)束器(2)、測(cè)試臺(tái)(3)、CCD相機(jī)(5)和計(jì)算機(jī)(6)構(gòu)成的測(cè)量裝置進(jìn)行測(cè)量，待測(cè)定種子放置在測(cè)試臺(tái)(3)上，連續(xù)波激光器(1)的光束經(jīng)準(zhǔn)直擴(kuò)束器(2)后照射在待測(cè)定種子表面，光束經(jīng)被測(cè)物體散射后，在反射區(qū)形成散斑光場(chǎng)，反射光進(jìn)入CCD相機(jī)(5)成像，然后存儲(chǔ)進(jìn)計(jì)算機(jī)(6)，測(cè)定步驟如下步驟一、剝?nèi)ゴ郎y(cè)定種子的果皮和種皮，確定種子的胚芽和胚乳位置； 步驟二、激光器發(fā)出的激光經(jīng)擴(kuò)束后，均勻照射在剝?nèi)スず头N皮的待測(cè)定種子表面； 在反射空間用CXD相機(jī)每隔5-10分鐘記錄一副散斑圖像；為保證測(cè)量精度，應(yīng)使散斑圖中的散斑顆粒的平均直徑為4 Pixels，散斑圖像尺寸不小于IOMX 10 Pixels ；記錄10幅以上的散斑圖像存儲(chǔ)進(jìn)計(jì)算機(jī)進(jìn)行后續(xù)處理；步驟三、利用復(fù)數(shù)濾波器，對(duì)記錄的散斑圖像進(jìn)行濾波，得到它們的光強(qiáng)復(fù)信號(hào)分布； 步驟四、利用光強(qiáng)復(fù)信號(hào)分布，通過(guò)實(shí)部與虛部零值線的交叉點(diǎn)來(lái)確定每個(gè)相位渦旋點(diǎn)的位置；然后，計(jì)算出每幅散斑圖中每個(gè)相位渦旋核結(jié)構(gòu)的旋度值，進(jìn)行歸一化處理，構(gòu)成旋度值歸一化數(shù)據(jù)矩陣；步驟五、比較這10幅以上的散斑圖像的旋度值歸一化數(shù)據(jù)矩陣；若旋度值歸一化數(shù)據(jù)矩陣中的旋度值隨時(shí)間變化的平均值小于0. 1，則說(shuō)明該種子的生活力非常微弱，可以測(cè)定為壞死種子；若旋度值數(shù)據(jù)矩陣中的旋度值隨時(shí)間的變化明顯分為兩個(gè)不同的區(qū)域，其中， 一個(gè)區(qū)域的旋度值隨時(shí)間變化的平均值大于0. 3，另一個(gè)區(qū)域的旋度值隨時(shí)間變化的平均值小于0. 1 ；則說(shuō)明旋度值隨時(shí)間變化的平均值大于0. 3的區(qū)域代表胚芽，并且其生活力非常強(qiáng)，可以測(cè)定為生活力高的優(yōu)質(zhì)種子。
全文摘要
一種種子生活力的動(dòng)態(tài)散斑測(cè)定方法，涉及農(nóng)業(yè)育種領(lǐng)域測(cè)量種子生活力的測(cè)定，本發(fā)明利用代表種子生活力的胚芽和供給胚芽營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的胚乳的生物活性的不同，這兩個(gè)區(qū)域生成的動(dòng)態(tài)散斑的動(dòng)態(tài)特性也有顯著的差異。利用動(dòng)態(tài)散斑相位渦旋的旋度值作為特征因子，通過(guò)旋度值隨時(shí)間的變化特性不同，實(shí)現(xiàn)了對(duì)種子生活力的測(cè)定。本發(fā)明方法具有光路簡(jiǎn)潔、簡(jiǎn)單易行及綠色無(wú)污染的特點(diǎn)，適合于農(nóng)業(yè)育種等領(lǐng)域的種子生活力的檢測(cè)。
文檔編號(hào)A01C1/02GK102550166SQ201110406589
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月9日
發(fā)明者臺(tái)玉萍, 張長(zhǎng)水, 李新忠, 杜錦屏, 柴元武, 馬淑惠 申請(qǐng)人:河南科技大學(xué)