Использование зерновых мир в 2017/2018 сообщается на 1% от предыдущего года1. На основании последних прогнозов использования зерновых производства и населения, мир зерновых запасов необходимо увеличить урожайность более быстрыми темпами для удовлетворения растущих потребностей, а также адаптации к увеличению воздействия изменения климата2. Таким образом существует большое внимание на улучшение урожайности зерновых культур путем улучшения сельскохозяйственных культур, животноводство методы. Два наиболее важных и заготовленной зерновых в средиземноморском регионе выбраны в качестве примеров для этого исследования, а именно, твердых сортов пшеницы (Triticum aestivum L. ssp. дурум [Desf.]) и ячменя (Hordeum vulgare L.). Пшеница, выдвижением, наиболее культивируемых зерновых на полях Южного и Восточного Средиземноморья и 10 наиболее важных сельскохозяйственных культур во всем мире, благодаря своей годовой объем производства 37 миллионов тонн ежегодно3, в то время как ячмень является четвертой глобальной зерно с точки зрения производства, с глобального производства на 144,6 млн тонн ежегодно4.
Проксимальный изображение анализа методов дистанционного зондирования и являются все более ключевыми инструментами в деле улучшения поля высок объём завод фенотипирование (HTPP) как они не только обеспечивают более гибкой, но также, часто, более точной и последовательной получений целевых культур биофизиологических черты, например оценки фотосинтетической активности и биомассы, preharvest оценки урожайности и даже улучшения в наследуемость черта, как эффективность ресурсов использования и поглощения5,6,7 ,8,9. Дистанционное зондирование традиционно ориентирована на многоспектральных, гиперспектрального и инфракрасные датчики от воздушных платформ для точного земледелия в масштабе области или для исследований фенотипирование завод в microplot масштабе10. Общие, коммерчески доступных цифровых камер, которые измеряют только видимые отраженного света были часто упускается из виду, несмотря на их очень высоким пространственным разрешением, но последнее время стали популярны как новые инновационные алгоритмы обработки изображений во все большей степени способны чтобы воспользоваться преимуществами подробных цвета и пространственной информации, которую они обеспечивают. Многие из новейших инноваций в передовых сельскохозяйственных изображения анализы все больше полагаться на интерпретации данных, предоставляемых очень высоким разрешением (VHR) RGB-изображения (для их измерения красного, зеленого и синего видимых светоотражения), включая культур мониторинг (бодрости, Фенология, болезни оценки и идентификации), сегментации и количественной (появление, уха плотности, количества цветов и фруктов) и даже полное 3D реконструкций на основе новой структуры движения процессы11.
Одним из наиболее важных пунктов для улучшения производительности зерновых является более эффективной оценки доходности, которая определяется три основных компонента: уха плотность уши на квадратный метр (уши/м2), или количество зерна за ухо, и Вес тысяч ядра. Ухо плотности могут быть получены вручную в поле, но этот метод является трудоемкой, требует много времени, и не хватает одного стандартного протокола, которые вместе могут привести к значительным источником ошибки. Включение автоматического подсчета уши является сложной задачей из-за структуры сложных культур, закрыть завод, интервал, высокая степень параллелизма, элементы фона и наличие усов. Недавняя работа продвинулась в этом направлении, используя черный фон структуры, поддерживаемые штатив для приобретения подходящего обрезать изображения, демонстрируя довольно хорошие результаты в ухе, считая12. Таким образом, избегать чрезмерного солнечного света и тени, но такая структура будет громоздким и одним из основных ограничений в приложении в полевых условиях. Еще одним примером является колоса автоматического подсчета алгоритм, разработанный с использованием фенотип полностью автоматизированной системы с жесткую моторизованных козловые, который использовался с хорошей точностью для подсчета уха плотность в панели, состоящие из пяти Кострец пшеницы (Triticum aestivum L.) разновидности растет под различными азота условия13. Последние работы Фернандес-Гальего14 оптимизировал этот процесс для захвата данных быстрее и проще, используя VHR RGB цвет изображения следуют более продвинутых, но по-прежнему полностью автоматизированный, анализа изображения. Эффективных и высокое качество сбора данных в полевых условиях подчеркивает упрощенный стандартизированный протокол для согласованности и высокая данных захвата пропускную способность, в то время как алгоритм обработки изображений использует Роман Лапласа и частоты домена Фильтры для удаления нежелательных изображений компонентов перед применением сегментации для подсчета, основанные на поиске локальные максимумы (в отличие от полной делимитации как и других предыдущих исследований, которые могут привести к более ошибок с перекрывающимися уши).
Эта работа предлагает простой системы для автоматического количественного определения плотности уха в полевых условиях, с использованием изображений, полученных от коммерчески доступных цифровых камер. Эта система принимает преимущество естественного света в поле условия и, следовательно, требует рассмотрения некоторых связанных с ними экологических факторов, таких как время дня и облако покрова, но остается в силе, простым в реализации. Системы было продемонстрировано на примерах для твердых сортов пшеницы и ячменя, но должно быть расширяемой в приложении для хлеба пшеницы, которая, помимо экспонируется уши с аналогичными морфологии, часто костер, но потребуются дальнейшие эксперименты для того чтобы подтверждают это. В данных захватить протокола, представленные здесь, зенитное изображения взяты просто держа камеру вручную или с помощью монопод для позиционирования цифровой камеры выше урожая. Данные проверки может быть приобретено путем подсчета уши вручную для сюжетных линий, в поле или в постобработке, подсчитывая уши в самом изображении. Алгоритм обработки изображений состоит из трех процессов, которые, во-первых, эффективно удалить нежелательные компоненты изображения таким образом, который затем позволяет последующими сегментацию и учёта индивидуальных колосья в полученные изображения. Во-первых, Частотный фильтр Лапласа используется для того, чтобы обнаружить изменения в различных пространственных направлениях изображения, используя параметры фильтра по умолчанию ImageJ без корректировки размеров окна ядра (определяет метод сегментацииНайти Maxima местные пики после этапа средний пространственного фильтра, на каком этапе связанных с ушами Пиксели имеют более высокие значения пикселей, чем почвы или листья. Таким образом найти Максима используется для сегмента высокие значения в изображении, и эти регионы помечены как уши, который идентифицирует уши при одновременном сокращении перекрывающихся уха ошибки. Анализ частиц затем используется на двоичных изображений для подсчета и/или измерения параметров из регионов, созданные контраст между белой и черной поверхности, созданные найти Максима шаг. Результат затем обработаны для создания бинарного образа сегментации, анализируя ближайшего соседа пиксель дисперсия вокруг каждого локального максимума для идентификации формы уха пшеницы в фильтрованного изображения. Наконец плотность уха подсчитывается с помощью анализа частиц, как это реализовано в Фиджи15. Найти Максима и анализировать частицы являются отдельные функции и доступны как плагины в Фиджи (https://imagej.nih.gov/ij/plugins/index.html). Хотя не представлены специально в протоколе здесь, предварительные результаты, представленные в качестве дополнительного материала предположить, что этот метод может быть адаптированы для проведения обследований уха фото от беспилотных летательных аппаратов (БЛА), предусматривающий, что в резолюции остается достаточно высокой14.