遗传神经网络在稻米垩白度检测中的应用研究

新的优质稻谷国家标准中，垩白度是4个定级指标之一，被用来代表稻谷的商品品质。垩白度的检测目前仍由人工目测完成。为使检测结果更具客观性、一致性，建立了遗传神经网络对垩白像素和胚乳其它像素进行了识别，从而实现了垩白度的自动无损检测。对两种市售粳米进行了检测，计算机视觉的检测结果与人工检测结果的误差小于0.05。试验结果表明所建立的新方法是可行的，它为开发垩白度在线检测系统提供了科学依据。     

基于计算机视觉的大米裂纹检测研究

针对人工目测的传统方法在进行米粒裂纹检验时存在主观性及随意性较大、效率较低、可重复性较差等缺点，在分析大米裂纹光学特征的基础上，在Visual C++ 6.0环境下开发了一套大米裂纹计算机识别系统，通过图像二值化、区域标记等方法从原始图像中提取单体米粒图像，并对提取出的单体米粒图像进行灰度拉伸变换处理以突出米粒裂纹特征，然后提取单体米粒的行灰度均值变化曲线，并对曲线进行加权滤波处理，提出了一种基于单体裂纹米粒图像行灰度均值变化特征的大米裂纹检测算法。运用该算法对从金优974、菲优600、冈优182、中优205、89-94等5类大米品种中各选取的6 组特殊类样品和5 组随机样品进行裂纹检测。试验结果表明，该系统对特殊类大米样品和随机大米样品裂纹率的判断准确率分别为98.37%和97.88%，为进一步完善大米品质的计算机视觉检测提供了理论和实践基础。     

早籼杂交稻稻米加工品质与外观品质的相关分析和改良途径

对16个早籼杂交组合稻米的加工品质和外观品质8项指标分析表明，现有早籼杂交稻无一组合的加工品质和外观品质全部指标能达到部颁食用优质米1级或2级标准，主要差距是精米率低、垩白米率高和垩白面积大；整精米率、垩白米率和垩白面积组合间差异较大。通过相关分析看出：糙米率与精米率、整精米率；整精米率与精米率呈极显著正相关，粒长与粒型呈极显著正相关，与垩白面积呈显著正相关；粒宽与粒型呈极显著负相关，与垩白米率呈显著正相关。在优质早籼稻选育中应把降低垩白面积和垩白米率作为主攻目标，对亲本改良首先改良不育系的垩白。     

颗粒形混合农产品的图像检测与分类

颗粒形农产品种类繁多,多种产品混杂在一起的事经常发生,如何将各种产品检测与分类是一个重要研究课题。该文利用计算机视觉技术,实现了大米、黄豆、绿豆颗粒形混合产品的图像检测与分类。首先对获取的图像进行二值化处理,利用形态学分水?算法对粘连颗粒进行分割处理,利用八邻域分析方法提取目标连通区域边缘并标记,最后提取各颗粒的形状特征参数与颜色特征参数,将提取的特征参数与大米、黄豆、绿豆颗粒形产品的标准参数进行比较,实现了颗粒形混合产品的检测与分类。该算法的分类精度达95.6%,对颗粒形农产品自动检测应用具有一定指导意义。     

早籼稻米垩白形成与稻株源-库特性关系的研究

以垩白度差异较大的 3个早籼稻品种为材料 ,先后分 3期播种 ,应用14 C示踪技术研究了籽粒灌浆期剑叶净同化速率、籽粒库活力及相应的源 /库比与稻米垩白形成的关系。结果表明 ,稻株源 -库特性与稻米垩白度之间表现出显著的相关性。低垩白品种剑叶净同化速率、籽粒库活力和源 /库比均显著高于高垩白品种。稻株库的容量大、库的活力低而源叶同化物又供应不足 ,势必形成垩白。因此 ,保证源的供给充足、适当的库容 (库的大小 ) ,较大的源 库比和强大的库活力对减少稻米垩白极为重要。研究还发现 ,垩白度高的水稻品种 ,其剑叶中同化物的输出百分率相应较低 ,推测其源叶中同化物的输出或韧皮部装载存在障碍。     

基于近红外光谱和深度学习数据增强的大米品种检测

近红外光谱和深度学习结合的思路是大米品种检测的重要研究方向，其准确检测模型的建立依赖大规模的样本数据，然而采集和预处理样本耗时巨大，对准确性的提升造成限制。为解决上述不足，便于深入探究近红外光谱结合深度学习方法在大米品种检测领域应用的可行性，该研究提出基于近红外光谱结合改进型深度卷积生成式对抗神经网络（deep convolutional generative adversarial network，DCGAN）数据增强的大米品种检测方法。首先，在相同环境下采集4种大米品种的近红外光谱并对原始光谱数据进行预处理，使用去趋势校正（detrend correction，DC）和无信息变量消除算法（uninformative variable elimination，UVE）消除无用光谱特征点。然后，建立改进型DCGAN模型对预处理后的光谱数据进行数据增强，对比试验结果表明，改进型DCGAN相比与传统数据增强方法，改进型DCGAN生成数据的结构相似度指标更优。最后，研究不同数据增强方法结合不同分类方法建立大米品种分类模型的性能，对比试验结果表明，改进型DCGAN数据增强结合一维卷积神经网络（one-dimensional convolution neural network，1D-CNN）分类算法所建模型面向测试集的准确率最高，为98.21%，为简便准确的大米品种检测方案提供了新思路。     

水稻早代跟踪叶绿素b含量创制耐寡照不育系初探

四川盆地是我国水稻生产重度寡照区,寡照不仅影响水稻产量,还使米质变差。捕光色素——叶绿素b对水稻耐寡照有重要作用,提高叶绿素b含量,能够提高寡照下水稻的生物产量和经济产量,降低垩白粒率。试验将高叶绿素b材料58B与一个性状互补的广东常规稻杂交,利用自然寡照条件下早代跟踪叶绿素b含量方法辅以必要的垩白、配合力、农艺性状筛选技术筛选出了4个不育系株系,经测交组合的产量、垩白等配合力检测,定型了一个综合性状较好的不育系5A。该不育系目前已经通过重庆市农作物品种审定委员会技术鉴定,说明利用该方法创制耐寡照不育系是可行的。相关性分析发现叶绿素b含量与经济产量呈正相关,与垩白粒率呈负相关。     

基于图像处理的胡萝卜青头须根与开裂的检测方法

为了实现基于计算机视觉的胡萝卜外观品质自动分级系统,基于图像处理的方法,参照国家标准(SB/T10450-2007),该文提出影响胡萝卜外观等级的须根、青头、开裂等关键参数的提取算法.须根检测算法通过提取骨架检测端点数来实现,青头检测算法通过R分量上二值化得到,开裂检测算法使用S分量结合区域标记的方法完成,在此基础上构建了须根数、青头比和开裂度3个量化标准,对试验随机采集的520个胡萝卜图像的青头、须根和开裂进行检测,正确率分别达到了97.5%,81.8%,92.3%,总体识别率91.3%.该文所构建的胡萝卜关键特征检测方法,对研究机器视觉的胡萝卜外观品质自动检测装置与分级生产线具有积极意义.     

基于数学形态学的粘连大米籽粒分割研究

在大米籽粒检测中经常会有大米籽粒重叠和粘连的现象。将粘连在一起的大米籽粒群分离是图像处理中一项重要而困难的问题。对这一情况,提出了一种有效的分割算法,先对图像进行二值化处理,然后对图像进行数学形态学变换,通过腐蚀运算将大米籽粒群图像层层剥离,直至粘连籽粒分开,再使用膨胀运算和八链码方法恢复出原始的各个大米籽粒个体,从而将大米籽粒群分离开。实验证明,该算法能成功地分离开粘连大米籽粒。     

基于计算机视觉的番茄损伤自动检测与分类研究

为了提高番茄损伤检测与分类的准确率和效率，综合运用计算机视觉技术、BP算法、人工神经网络技术，实现番茄损伤的自动检测与分类。首先，通过计算机视觉系统获取番茄图像，利用图像处理去除噪声、图像分割、图像增强等多种基本图像处理的方法对番茄损伤图像进行了处理，综合运用并行和串行区域分割技术进行番茄表面缺陷区域检测。其次，对番茄图像进行了特征分析，通过提取三种特征包括8个特征参数，采用改进的BP算法训练的多层前向人工神经网络对番茄的损伤进行分类。该文中缺陷检测方法和特征提取方法的采用，使该计算机视觉系统节省了时间，提高了精度。试验证明番茄损伤检测和分类的准确率不低于90%。     

Impact of Soaking and Drying Conditions on Rice Chalkiness as Revealed by Scanning Electron Microscopy

Chalkiness is one of the most influential factors on head rice yield. Parboiling is known to be an effective way to remove chalkiness and improve head rice yield. However, the steps involved in the removal of chalkiness are still not completely resolved. This study investigated the effects of soaking temperature, soaking duration, and drying conditions on the removal of rice chalkiness. Chalky brown rice kernels were selected and soaked at 25, 65, 70, or 75°C for 3 h. After 1, 2, or 3 h, the rice samples were frozen before drying or immediately dried. Soaking at 25°C did not remove chalkiness and caused no morphological change in starch granules. When the soaking temperature increased from 25 to 65, 70, and 75°C, the chalkiness decreased from 100% to 34.1, 29.7, and 15.9%, respectively. Soaking rice at temperatures above the starch glass transition temperature but below the gelatinization temperature reduced chalkiness owing to rearrangement of starch granules and protein denaturation to fill the void spaces in the chalky area. During soaking, the morphology of starch granules also changed from round to angular in shape. Drying at temperatures above the starch glass transition temperature also facilitated rearrangement of starch granules to further reduce rice chalkiness.     

不同生育期类型粳稻品种垩白性状对施氮水平的响应

以长江中下游地区5种生育类型中有代表性的56个粳稻品种为供试材料,研究了4种施氮水平下粳稻品种垩白性状的变化规律,并对其垩白变化的氮素敏感性及其品种类型特征进行了聚类分析和筛选评价。结果表明,在施N 0~300 kg/hm2范围内,随着氮肥水平的增加,各品种类型的垩白度呈现不同程度的上升趋势,但垩白米率的变化则因品种的生育期类型不同而异。其中,中粳品种在高氮水平下的垩白米率有所增加,而晚粳品种则有所下降。根据粳稻垩白度对氮肥响应的敏感程度,供试品种可分为迟钝型、中间型和敏感型3种;并据此推荐了利于生产实践中改善外观品质的两类品种:一类是垩白度较低且在各氮肥水平下表现比较稳定的品种,另一类在高氮肥水平下垩白度较高,但其对氮肥响应较为敏感,通过适当减少施氮量也能获得较好外观品质。     

Rice Grain Morphological Characteristics Correlate with Grain Weight and Milling Quality

Using image analysis technology, the morphological measurements of paddy, brown (BR), and milled (MR) grains of 408 rice (Oryza sativa L.) lines representing a wide range of grain morphology were obtained, and the measurements' relationships with grain weight, milling quality, and chalkiness were investigated. The principal component analysis identified two morphological traits with a total variance of 95.7% in MR. Weight of MR was modeled as a function of the principal components using linear regression (R² = 0.95). For milling quality measurements, dominance analyses indicated that single grain weight of the paddy and BR grains were two primary parameters in determination of BR and MR recovery, whereas surface area, perimeter, and diameter were primary parameters that controlled head milled rice (HR) recovery. All measured morphological properties (surface area, perimeter, diameter, length, width, length‐to‐width ratio, roundness, and thickness) and grain weight significantly correlated with percentage of chalky (%C) grain and chalkiness (%C × % area with chalk) for all milled grains. The grain width, roundness, and thickness positively correlated with chalkiness, whereas the length and length‐to‐width ratio negatively correlated with chalkiness. The growing environment significantly affected grain HR recovery, %C grain, and chalkiness but had little effect on grain morphology and weight.     

花后增温对双季优质稻产量和品质的影响

为明确未来气候变暖对双季优质稻产量和稻米品质的影响,采用开放式主动增温系统,早稻以金早47(常规籼稻)、两优287(杂交籼稻),晚稻以象牙香珍(常规籼稻)、万象优华占(杂交籼稻)和甬优5550(籼粳杂交稻)为试验材料,研究花后增温对双季优质稻产量和稻米品质的影响。结果表明,花后増温(早稻1.29℃,晚稻1.73℃)对早晚稻产量均无显著影响。增温条件下,早稻加工品质和垩白粒率均无显著变化,垩白度平均提高了16.0%;晚稻糙米率、整精米率、垩白粒率和垩白度分别平均提高了1.8%、3.5%、30.3%和27.2%;早晚稻蛋白质含量平均提高了6.27%,但直链淀粉含量平均降低了3.53%,淀粉颗粒的平均粒径提高了0.09 μm。增温对稻米RVA谱特征值的影响在季别和品种间存在较大变异。综上,花后增温对早晚稻产量无显著影响,有利于改善稻米的加工品质和营养品质,但降低了稻米的外观品质。本研究结果为未来气候变暖下双季优质稻的优质丰产栽培提供了理论依据。     

近地层臭氧浓度增高对稻米品质的影响: FACE研究

利用稻田开放式空气中臭氧浓度增加(FACE,Free Air gas Concentration Enrichment)平台,以常规粳稻‘武粳15’和杂交粳稻‘陵风优18’为供试材料,设置大气背景臭氧浓度(Ambient)和高臭氧浓度(比Ambient增高21%,模拟21世纪中叶臭氧浓度)两个水平,研究臭氧胁迫对大田生长水稻成熟期稻米加工、外观、蒸煮/食味和营养品质的影响及其种间差异。结果表明,近地层臭氧浓度增高使稻米糙米率、精米率和整精米率均不同程度下降,其中精米率降幅达显著水平。与Ambient相比,臭氧胁迫使两品种稻米垩白米率、垩白大小和垩白度平均分别增加15.0%(P=0.10)、42.0%(P0.05)和60.5%(P0.05)。臭氧胁迫使稻米胶稠度平均降低7.1%(P0.05),但对两品种稻米直链淀粉和糊化温度均无显著影响。稻米RVA谱测定结果显示,臭氧胁迫对稻米最高黏度值、崩解值、冷胶黏度值、消减值和回复值均无显著影响。臭氧胁迫使两品种稻米蛋白质浓度呈增加趋势,但均未达显著水平。方差分析表明,多数情况下,两品种间稻米诸品质性状存在显著差异,但品种与臭氧的互作对所有测定指标均无显著影响,说明两品种稻米品质对臭氧胁迫的响应无明显差异。本试验在开放稻田条件下运行,适度臭氧胁迫使稻米垩白明显增加,胶稠度显著下降,但对其他米质指标影响较小,两品种趋势一致。     

抽穗期高温胁迫对水稻产量构成要素和品质的影响

以扬稻6号与南粳43为试验材料,通过在人工气候箱中进行高温处理,研究抽穗期高温胁迫对水稻产量构成要素及稻米品质的影响,旨在深入探讨高温对水稻的伤害机理。研究表明:水稻抽穗期高温降低了水稻的每穗总粒数、结实率和千粒重,同时稻米的糙米率、精米率、整精米率、可溶性糖和蛋白质含量也呈下降趋势,而稻米的垩白率、垩白度和直链淀粉含量增加明显,随胁迫温度的提高和胁迫时间的延长,2个水稻品种的产量构成要素和稻米品质急剧下降。相同温度胁迫下,扬稻6号的热害指数(Index of heat sensitivity,HIS)稍低于南粳43,其中扬稻6号的产量构成要素和品质受高温的影响也稍低于南粳43,说明扬稻6号耐高温能力高于南粳43。研究结果为进一步了解高温对水稻结实和稻米品质的伤害机理,筛选耐热性强的水稻品种提供重要的理论依据。     

抽穗前水分供应对寒地水稻品质的影响

以垦鉴稻5号和垦稻12号为材料,采用负压式土壤湿度计监测土壤水势,通过防雨棚内的盆栽控水试验,研究了抽穗前水分供应对寒地水稻品质的影响。研究结果表明,抽穗前进行-8～-10 kPa的间歇控水处理,有利于提高垦鉴稻5号的整精米率,不利于提高垦稻12号的整精米率;两品种的长/宽值呈减小趋势;两品种优势粒的垩白率和垩白度均有增加,两品种中势粒的垩白率和垩白度表现为减小,这有利于两品种直链淀粉含量的降低;两品种各粒位的蛋白质含量增加;二者优势粒的米饭食味评分值提高,中势粒的米饭食味评分值降低。结实前进行-18～-20 kPa和-28～-30 kPa的持续控水处理,有利于提高垦鉴稻5号的整精米率,不利于提高垦稻12号的整精米率;两种处理减小了两品种各粒位糙米的长和宽;减少了两品种的垩白率和垩白度;有利于两品种直链淀粉含量的降低;两种处理增加了两品种各粒位的蛋白质含量;两种处理降低了两个品种的米饭食味评分值。     

施氮量对机插杂交粳稻徐优403产量品质的影响

软盘旱育机插条件下,以杂交中粳徐优403为材料,研究了里下河地区稻麦两熟制不同施氮量对机插杂交稻徐优403产量和品质的影响。结果表明,随施氮量的增加,机插杂交稻徐优403的穗数和每穗颖花数和产量呈先增后减趋势,以N 225 kg/hm2处理最高;结实率和千粒重表现为随施氮量增加而减小。施氮量主要影响稻米品质中的垩白度和垩白率,其次为消减值,而对其它品质指标影响较小。品质性状中的加工碾磨品质、稻米的表面积、横面积可与产量在一定程度上实现高产优质统一;而其它品质指标则表现为对施氮存在负响应。综合来看,机插杂交稻徐优403适宜施氮量以施 N 225 kg/hm2为宜。     

同步开沟起垄精量穴直播对南方双季籼稻产量和稻米品质的影响

为了明确不同直播方式对早晚兼用双季籼稻产量和稻米品质的影响,该研究以常规早籼稻湘早籼45号和杂交晚籼稻泰优398为材料,进行早晚双季直播种植,比较人工撒直播(AS)和同步开沟起垄精量穴直播(PHDD)对早晚兼用双季直播稻出苗、产量和稻米品质的影响。结果表明,与AS相比,PHDD显著提高供试品种的出苗率,早晚季增幅分别为7.4%～14.2%和6.9%～8.0%;PHDD有利于提高供试品种周年产量,2个品种的增产幅度为3.23%～21.66%,其中湘早籼45号早晚2季增产均显著,泰优398为晚季增产显著;从产量构成因素来看,PHDD下供试品种的产量提高主要与有效穗数、每穗粒数有关;PHDD显著提高湘早籼45号早季的精米率、整精米率和垩白度以及泰优398晚季的垩白粒率,显著降低泰优398早季的整精米率及湘早籼45号晚季的垩白粒率、垩白度和蛋白质含量,直链淀粉含量无显著差异;PHDD显著提高泰优398晚季米粉的峰值黏度、热浆黏度、崩解值和最终黏度,显著降低糊化温度。总体来说,PHDD有利于提高优质水稻品种周年产量,主要与穗粒数协调有关,增产途径因品种和季节而异,同时显著改善湘早籼45号早季加工品质及晚季外观品质,降低泰优398的早季加工品质及晚季外观品质,但改善其晚季蒸煮食味品质,PHDD下晚季直播稻稻米品质改善明显。研究结果可为南方双季直播籼稻优质丰产栽培提供理论依据。