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基于ImageJ图像处理技术检测家蚕一代杂交种的良卵数和良卵率


Science of Sericulture
2010, 36(4) : 0702 - 0706 ISSN 0257 - 4799; CN 32 - 1115 / S Email: CYKE@ chinajournal. net. cn

蚕业科学

基于 ImageJ 图像处理技术检测家蚕一代杂交种的良卵数和良 卵率

王安皆 娄齐年 周丽霞 张凤林 聂 磊 王 娜 于振诚
( 山东省蚕业研究所, 农业部蚕桑产业产品质量监督检验测试中心( 烟台) , 山东烟台 264002)





家蚕一代杂交种的良卵数、 良卵率是蚕种品质检验的 2 项重要指标。为了提高检验效率, 利用 ImageJ 图像处理软件

建立检测家蚕一代杂交种良卵数、 良卵率的新方法。分别利用这种图像处理方法和人工计数方法检测 12 个家蚕品种的蚕卵 样本每克蚕卵的良卵数、 总卵数, 采用新方法检测获得的结果数据的相对误差均 < 1% 。对 2 种方法获取的每克蚕卵良卵数、 总卵数数据进行 t 测验, t 值均小于 t0. 05 (22) = 2. 074, 其 说明 2 种检测方法获取的检测结果差异不显著。相关性分析表明, 利 0. 2 总卵数的检测结果的相关系数分别为 0. 997 9、 998 2, 种检测方法获得的结果数据间 用 2 种检测方法对每克蚕卵良卵数、 呈极显著的线性相关。与人工计数检测方法相比, 采用 ImageJ 图像处理技术的检测方法具有方便快捷的特点, 可用于生产上 家蚕一代杂交种的良卵数、 良卵率检测。 关键词 家蚕一代杂交种; 质量检验; 良卵数; 良卵率; ImageJ 图像处理软件 S882 文献标识码 B 文章编号 0257 - 4799(2010)04 - 0702 - 05 中图分类号

Det erm inat ion of Num ber and Percent age of Good Eggs from Bom byx m ori F1 Hybrid Based on Im ageJ Processing Technology
WANG AnJie LOU QiNian ZHOU LiXia ZHANG FengLin NIE Lei WANG Na YU ZhenCheng *
( Sericultural Research Institute of Shandong,Quality Inspection Center for Sericulture Products,Ministry of Agriculture ( Yantai) ,Yantai Shandong 264002, China) Abstract The number and percentage of good eggs from silkworm ( Bombyx mori) F1 hybrid are important indicators in

in a egg quality inspection. To improve inspection efficiency, this study, new method was developed for the determination of number and percentage of good eggs from silkworm F1 hybrid utilizing the digital image processing software ImageJ. The good egg number and percentage per gram egg samples of 12 silkworm varieties were determined with this image processing method and were counted manually. The results indicated that all data from the new method had relative errors less than 1% . ttest to data of the good egg number and total egg number per gram eggs from the two methods showed that all t values were lower than t0. 05 (22) = 2. 074, indicating no significant difference between data obtained with these two methods. According to correlation analysis,the correlative coefficients of the good egg number and the total egg number per gram determined by the two methods were 0. 997 9 and 0. 998 2 respectively,displaying an extremely significant linear correlation. As compared to the manual counting method,the new method is fast and convenient,being suitable for the determination of good egg number and percentage in the production of silkworm F1 hybrid eggs. Key words
收稿日期:2010 - 04 - 16 接受日期:2010 - 05 - 08 34资助项目:公益性行业( 农业) 科研专项( No. nyhyzx03- 14 ) , 山东 No. 。 省农业良种工程项目[ (2008)167] 作者简介:王安皆(1978 - ) , 山东, 男, 助理研究员。 Tel:13105235223, mail:wangaj77@ 126. com E通信作者:于振诚, 研究员。 Email:yu1960@ 126. com

Silkworm F1 hybrid egg; Quality inspection;

Good egg number; Good egg percentage; ImageJ image processing software

蚕种质量是决定蚕茧产量的重要因素之一 。家 1997《桑蚕一代杂交 蚕一代杂交种行业标准 NY326-

第4 期

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1997《桑蚕一代杂交种检验规程 》 种》 NY / T327和 中, 良卵数、 良卵率是检验蚕种质量的 2 项重要指 标 。目前获取这 2 项数据主要是通过肉眼辨别、 人工计数来实现, 其检验效率低, 劳动强度大。由于
[ 1]

1. 样品卵, 000 g / 份, 先用传统人工计数方法获取每 克蚕卵的良卵粒数和不良卵粒数, 并记录备用。将称 量好的 1 份样品卵, 均匀撒在平放的 A4 白纸上, 放在 调节数码相机的焦距并拍照。 光线较好的操作台上, 为保证图像识别的精确度, 应采用有效像素 1 000 万 以上的数码相机。 拍照后将照片复制到计算机上, 并利用 Windows 的图像编辑软件或 Photoshop 软件 将 jpg 格式的图像转换成 bmp 格式, 保存后备用。 打开从互联网上下载的 ImageJ 图像处理软件 (http: ∥ rsb. info. nih. gov / ij / download. html ), 择 选 File 菜单下的 Open 选项, 在弹出的文件打开窗口中 将路径指向保存图像的目录, 打开一幅图像。由于良 ImageJ 软件根据卵色分辩不良 卵、 浅色卵颜色不一, 卵的误差较大, 因而用肉眼在计算机显示器上判别蚕 再以 ImageJ 卵图像(1 000 万像素以上) 中的不良卵, 软件的数据统计方式对不良卵进行计数。具体方法 如下所 述。 利 用 Plugins 菜 单 下 Analyze 选 项 中 的 Cell counter 功能, 对死卵、 不受精卵、 异常浅色卵等进 行标记, 最后点击 Results 按钮对标记的不良卵进行 统计, 将统计数值保存到 Excel 表格中; 随后选择菜 bit, 单 Image, Type 选项变为 8- 目的是将彩色图像 将 变为 8 位灰度图像, 选择菜单 Image, Adjust 中的 对 Threshold 选项进行调节, 选择合适的分割阈值, 直到 然后 阈值化后的图像中所有蚕卵都呈高亮显示为止, “Apply” 单击 按钮, 则整幅图像变为白色背景上只有 蚕卵的 二 值 图 像。 选 择 菜 单 Analyze 下 的 Analyze particles 选项, 在弹出的成分分析设置窗口输入要计 数的最大和最小蚕卵的像素值、 蚕卵按大小分群的群 “OK” 软 , 数和分析结果的显示方式等选项, 然后单击 件自动计数, 并根据用户的选择将分析结果以多种方 Count 下的数值是图 式显示在不同的窗口中( 图 1), 将该数值保存到 Excel 表格中 像中每克蚕卵的粒数, 备用。按上述步骤, 对每个供试品种的 3 份样品卵的 蚕卵图像进行计数统计, 利用 Excel 计算平均值。 良卵率( % ) = ( 每克蚕卵总卵粒数 - 每克蚕卵 不良卵粒数 ) / 每克蚕卵总卵粒数 × 100; 每盒蚕种 良卵数( 粒) = ( 每克蚕卵总卵粒数 - 每克蚕卵不良 卵粒数) × 每盒蚕卵质量( g) 。 同一检测人员分别用人工计数方法和 ImageJ 图像处理方法检测家蚕一代杂交种的良卵率 、 良卵 数, 2 种方法的检测效率进行对比, 对 验证 ImageJ 图像处理方法的检测效率与准确性 。

蚕卵颗粒小、 数量多, 还易造成工作人员视觉疲劳, 出现辨别和计数误差, 从而影响检测结果的准确性。 计算机图像处理是一项综合性技术, 在遥感图 像处理和生物医学图像分析方面已取得了卓越成 效。近 10 多年来, 随着计算机硬件成本下降和计算 速度提高, 模拟人类视觉系统在图像识别与分析中 采用人工神经网络技术获得了较好的效果 , 使计算 机图像处理技术广泛介入农产品品质检测和分级 , 已成功地用于玉米、 大麦、 小麦、 大豆、 燕麦、 黑麦草、 。 水稻等种子的质量检验和水果果形特征判别等 ImageJ 软 件 是 美 国 国 家 健 康 协 会 WayneRasband 用 Java 语言开发的图像处理和分析平台, 具备 多种图像处理和分析功能。ImageJ 图像处理软件在 医学影像学诊断领域的应用非常广泛, 基于该软件 的二次开发十分热门, 互联网上针对该软件的免费 插件也很多。ImageJ 图像处理软件在农业上应用的 报道也较多, :用于测量玉米籽粒大小 如
[ 13] [ - 12] 2

织红细胞计数和血清蛋白电泳图谱分析 [ 16] 拉直显微成像的玉米染色体 , 测量成熟的拟南芥 种子子叶的面积
[ 17]

[ - 15] 14

, 进行网 , 辅助

, 以及将叶片成像后用该软件处 [ 18] 理获取植物单株总叶面积 等。 本试验应用 ImageJ 图像处理软件建立检测家蚕一代杂交种散卵的 良卵数、 总卵数、 良卵率的方法, 并对检测结果数据 进行统计分析, 探讨将 ImageJ 图像处理技术应用于 蚕种质量检验中良卵数、 良卵率测算的可行性。 1 1. 1 材料与方法 材料及主要仪器 12 个家蚕一代杂交种包括秋丰 × 白玉、 白玉 ×

· 镇 珠 · 菁松 × 皓月、 秋丰、 · × 镇 珠、 · × 春 蕾、 春 蕾 皓 9202 × 鲁 七、 9405 × 9406、 鲁 月 × 菁松、 七 × 9202、 9406 × 9405、 · × 明·虎、 ·虎 × 苏·菊, 苏 菊 明 均以散 卵供试。 JA1003 上皿电子天平( 上海精密科学仪器公司 产品) , 佳能 450D 数码相机(1 220 万像素) , 联想扬 天 M4600V 型台式计算机。 1. 2 方法 每个供试家蚕一代杂交种用电子天平称取 3 份

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图1 Fig. 1

采用 ImageJ 图像处理技术检测每克蚕卵粒数的界面

The interface for determining number of silkworm eggs per gram using ImageJ processing technology

2 2. 1

结果与分析 不同家蚕品种每克蚕卵良卵数、 总卵数的差异 采用 ImageJ 图像处理软件建立的检测方法和

相对误差均小于 1% , 说明用 ImageJ 图像处理软件 检测良卵数的精确度完全能够达到检测标准要求 。 2. 3 采用 ImageJ 图像处理软件的检测方法与人工 计数检测方法获取的每克蚕卵良卵数、 总卵数数据 的 t检验 用 Excel 2003 软件对 2 种检测方法获取的每克 蚕卵良卵数和每克蚕卵总卵数进行检测方法的方差 齐性处理后, 再进行每项检测数据的 t 检验, 结果见 1. 表 2。配对后的差数的均值分别为 1. 250 0、 583 3, 其差数 95% 的置信区间分别为 - 51. 714 0 ~ 54. 214 0、 - 52. 614 9 ~ 55. 781 6。 统计分析得到的 2 个 t 值 0. 为 0. 048 9、 060 6, 均小于 t0. 05 (22) = 2. 074, 表明 2 种方法的检测结果差异不显著。

人工计数方法分别检测的各供试一代杂交种每克蚕 卵的良卵数、 总卵数平均值见表 1。12 个家蚕一代 杂交种每克蚕卵的良卵数变幅为 1 627 ~ 1 852 粒, 每克蚕卵总卵数变幅为 1 643 ~ 1 872 粒, 表明不同 家蚕品种的克卵良卵数、 总卵数有一定的差别。 2. 2 误差 计算出用 ImageJ 图像处理软件检测的每克蚕 卵良卵数、 总卵数的绝对误差和相对误差 ( 表 1) , 其 采用 ImageJ 图 像 处 理 软 件 检 测 计 数 的 相 对

第4 期 表1

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采用 ImageJ 图像处理技术检测家蚕一代杂交种每克蚕卵良卵数的绝对误差与相对误差 Absolute error and relative error from determination of good egg number per gram of silkworm F1 hybrid eggs using ImageJ
每克蚕卵良卵数 / 粒 Number of good eggs per gram 人工法 Manual counting 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 709 785 796 627 736 745 852 751 737 716 669 653 图像法 Image method 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 706 788 790 630 740 740 850 746 731 719 664 657 绝对误差 Absolute error -3 3 -6 3 4 -5 -2 -5 -6 3 -5 4 相对误差 Relative error - 0. 18 0. 17 - 0. 33 0. 18 0. 23 - 0. 29 - 0. 11 - 0. 29 - 0. 35 0. 17 - 0. 30 0. 24 人工法 Manual counting 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 726 804 817 643 754 762 872 767 759 731 686 671 每克蚕卵总卵数 / 粒 Total number of eggs per gram 图像法 Image method 1 722 1 807 1813 1 645 1 757 1 756 1 870 1 764 1 752 1 733 1 680 1 674 绝对误差 Absolute error -4 3 -4 2 3 -6 -2 -3 -7 2 -6 3 相对误差 Relative error - 0. 23 0. 17 - 0. 22 0. 12 0. 17 - 0. 34 - 0. 11 - 0. 17 - 0. 40 0. 12 - 0. 36 0. 18

Table 1

processing method

家蚕一代杂交种名称 Name of silkworm F1 hybrid species

秋丰 × 白玉 Qiufeng × Baiyu 白玉 × 秋丰 Baiyu × Qiufeng · · · · 春 蕾 × 镇 珠 Chun Lei × Zhen Zhu · · · · 镇 珠 × 春 蕾 Zhen Zhu × Chun Lei 菁松 × 皓月 Jingsong × Haoyue 皓月 × 菁松 Haoyue × Jingsong 鲁七 × 9202 Luqi × 9202 9202 × 鲁七 9202 × Luqi 9405 × 9406 9406 × 9405 · · · · 苏 菊 × 明 虎 Su Ju × Ming Hu · · · · 明 虎 × 苏 菊 Ming Hu × Su Ju

表2 检验

ImageJ 图像处理方法与人工计数方法检测数据的 t Group ttest to egg numbers detected by ImageJ pro每克蚕卵良卵数 Number of good eggs per gram 1. 250 0 62. 556 7 每克蚕卵总卵数 Total number of eggs per gram 1. 583 3 64. 014 5

Table 2

cessing method and manual counting method
项目 Item 差数的均值 Average of difference 标准差 Standard deviation 95% 的置信区间 95% confidence interval 自由度 Degree of freedom |t| t0. 05 (22) = 2. 074。

图2
- 51. 714 0 ~ 54. 214 0 - 52. 614 9 ~ 55. 781 6 22 0. 048 9 22 0. 060 6

采用 ImageJ 图像处理软件的检测方法与人工计数

方法检测每克蚕卵良卵数数据的相关关系散点图 Fig. 2 Correlation plot of good egg number per gram determined using ImageJ processing software and manual counting method

2. 4

采用 ImageJ 图像处理软件的检测方法与人工

计数检测方法检测结果的相关分析 用 Excel 2003 计算 2 种方法检测结果数据间的 3) 相关系数并绘制散点图 ( 图 2、 。 结果表明, 人工 计数方法与 ImageJ 软件图像处理方法检测的良卵 数之间的相关系数为 0. 997 9, 总卵数之间的相关系 数为 0. 998 2。图中散点均集中在一条直线附近 , 可 判断这 2 种方法的检测结果呈高度的线性正相关关 2 系, 经统计分析检验, 个实得 r 值均大于 r0. 01 (10) = 0. 707 9, 表明 2 种方法检测结果数据之间呈极显著 ImageJ 图像处理技术可用于良卵数的实 的相关性, 际检测。
图3 采用 ImageJ 图像处理软件的检测方法与人工计数

方法检测每克蚕卵总卵数数据的相关关系散点图 Fig. 3 Correlation plot of total egg number per gram determined using ImageJ processing software and manual counting method

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J] 业标准实施评价 Ⅱ. 良卵率、 良卵数调查及评价 [ . 蚕业科 2004, 30(2) :211 - 215 学,

2. 5

采用 ImageJ 图像处理软件的检测方法与人工

计数检测方法的检测效率比较 根据试验对比, ImageJ 图像处理方法检测 12 用 份卵样( 每份卵样 3 个 1. 000 g 蚕卵 ) 的良卵数、 良 1 卵率, 个人 4 h 即可以完成检测; 而用传统的人工 计数方法检测同样的 12 份卵样, 需要 18 h 或更长 的时间。可见 ImageJ 软件图像处理方法减轻了检 测人员的劳动强度, 提高了检测效率。 3 讨论

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良卵数、 良卵率是家蚕一代杂交种成品卵品质 检验的重要参数, 也是其它项目检验的基础数据。
[ 19] 王林芳等 的研究表明, 良卵率 P ≥99% , 在置信 概率为 95% 下, 每克样本卵粒数在 1 601 ~ 1 700、

1 701 ~ 1 800、 801 ~ 1 900、 901 ~ 2 000 区间内 1 1 17、 18 时, 样本良卵数的容许偏差分别为 16、 17、 粒。 本试验的结果显示, 采用 ImageJ 图像处理软件的检 测方法与人工计数检测方法测得的每克蚕卵良卵 2 数、 每克蚕卵总卵数数据经 t检验显示, 种方法检 2 测结果的差异不显著。 经相关分析表明, 种方法 检测结果数据之间呈极显著的相关性, 说明可利用 ImageJ 图像处理技术实现快速、 准确检测家蚕一代 杂交种成品卵的良卵数和良卵率 。 由于 ImageJ 图像处理软件是一个免费软件, 支 持插件技术, 而且开放源代码, 因此熟悉 Java 语言 的用户还可以在此基础上修改或增减一些功能模 块, 以满足本单位的特殊需求。 利用 ImageJ 图像处 理软件检测得到的数据自动保存在 Excel 表中, 因 。 在利用 ImageJ 图像 而便于对数据进行统计分析 处理软件进行检测时, 为了得到准确的检测结果, 样 品卵拍照时应注意放在固定的位置拍照, 拍摄的照 否则计数结 片不能有阴影。重叠蚕卵须人工分离, 果会较实际数偏小。本试验中对不良卵仍采用肉眼 判别 的 方 式, 想 做 到 完 全 的 智 能 识 别, 需 对 要 还 ImageJ 图像处理软件进一步作功能开发 。
参考文献 ( References)

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