1、中国农业科学 2008,41(4):994-1002Scientia Agricultura Sinica收稿日期：2007-08-09 ；接受日期：2007-11-05基金项目：山西省资助归国留学人员项目（2003049） ；青岛农大人才基金（630746）作者简介：郝建平（1956-） ，男，山西平遥人，教授，研究方向为作物栽培与种子学。通讯作者杨锦忠（1963- ） ，男，山西介休人，教授，博士，研究方向为作物信息技术及其应用。Tel：0354-6288374；E-mail：基于图像处理的玉米品种的种子形态分析及其分类研究郝建平 1，杨锦忠 2，杜天 庆 1，崔福柱 1，桑素平 1（ 1
2、 山西农业大学农学院，山西太谷 030801； 2 青岛农业大学植物科技学院，山东青岛 266109）摘要：【目的】建立中国当代玉米品种的种子重要形态性状的基础信息集。 【方法】扫描获得中国当代 193 个代表性玉米品种各 50 粒种子的正反面彩色图像，确定大小、形状、 纹理和颜色共 4 大类 27 个能够系统反映籽粒形态的数量性状，自行编制数字图像处理程序实现了形态特征的自动提取并获得品种各性状的籽粒均值，采用 SAS 软件的单性状描述统计和单性状或同类性状聚类分析对品种进行评价与分类。 【结果】建立了一个含有 9 650 个玉米粒的 19 300 幅彩色图像的数据库，明确了籽粒各个形态性状
3、的变化 规律，按 变异程度分为大中小 3 个组别，发现中国当代玉米品种在大多数情况下聚集程度都比较高，筛选出 36 份（次）特异种质材料。 【结论】研究结果为玉米粒的形态研究与应用提供了比较系统全面的数据，数字图像处理作为一种 简便快速的作物籽粒形态检测技术将有十分广泛的应用前景。关键词：玉米；籽粒形态；种质评价；图像处理；聚类分析A Study on Basic Morphologic Information and Classification of Maize Cultivars Based on Seed Image ProcessHAO Jian-ping1,YANG Jin-zho
4、ng2, DU Tian-qing1, CUI Fu-zhu1, SANG Su-ping1(1 Agronomy College, Shanxi Agricultural University, Taigui 030801, Shanxi;2 Qingdao Agricultural University, Qingdao 266109,Shandong)Abstract: 【Objective】The objective of this study is to get systematic and complete information on important seed morphol
5、ogy of maize germplasm resources in China.【Method】Digital color images were scanned from 2 side faces each of 50 kernels each of 194 maize cultivars in China. The authors coded computer programs to automatically extract 27 individual morphologic kernel traits belonging to 4 categories of size, shape
6、, texture and color. These quantitative traits are representative of kernel morpha, and means of individual traits were averaged over kernels within cultivars. Measurements were statistically summarized and cluster-analyzed by SAS software to evaluate and classify the cultivars by individual or grou
7、p morphologic traits.【Result 】 A database was developed of 19 300 color images of 9 650 kernels. Ranges, means, standard deviations and variation coefficients for each trait were analyzed, and there were large, middle and small variation groups of the morphologic traits. Maize cultivars indicated cl
8、uster distributions in most situations. Thirty-six unique germplasm materials were screened out.【Conclusion】This study provided rich primary data on and insights into morphologic seed aspects in kernel research and application in maize. Digital image process as a technique to measure crop kernel mor
9、pha showed promising application perspectives.Key words: Maize; Kernel morpha; Germplasm evaluation; Image process; Cluster analysis0 引言【研究意义】种子是玉米重要的经济器官，它的性状表现在品种培育、种质资源评价与利用、品种识别、籽粒品质评价中起着非常重要的作用。籽粒形态特征是玉米重要的农艺性状之一，在一定程度上还能反映籽粒内部的生理生化特征。因此，系统认识中国玉米种质资源籽粒形态的数量变化规律，具有重要的4 期 郝建平等：基于图像处理的玉米品种的种子形态分析及
10、其分类研究 995理论与实用价值。【前人研究进展】有关玉米种子形态性状的文献数量与种子作为经济器官的重要地位不相称。对种子形态特征的研究一般着重于粒重、容重、长与宽与厚、体积与密度等数量性状 13。其它一些性状因缺乏相应的检测手段，常以划分等级的形式进行近似描述，这类性状包括饱满程度、颜色、籽形等等。事实上，目前使用的许多质量性状具有连续变化的特征，诸如，八大类型之间有许多过渡类型，即使是同一类型，内部还有很大差异，需要按数量性状进行定量描述。【本研究切入点】计算机数字图像处理技术为克服常规观测手段的上述缺陷提供了一条可行途径，在玉米种子科学上的尝试性应用研究得到比较理想的结果 47。不过，这
11、些研究的参试品种数目少，不足以代表中国玉米品种的现状，同时，受研究目标或者其他方面的限制，只涉及到少数形态性状。【拟解决的关键问题】利用能够快速获取籽粒形态性状的计算机数字图像处理技术，获得中国当代普通玉米新品种的种子形态性状的基础信息。主要目标有：（1）确定能够系统描述籽粒形态的数量性状；（2）中国当代玉米品种籽粒形态诸多性状的变化规律；（3）利用籽粒形态对品种进行分类评价；（4）根据籽粒形态鉴定特异种质材料。1 材料与方法1.1 试验材料供试的普通玉米品种共有 193 个，主体色调均为黄色，全部来自国家东北、华北区和山西省玉米新品种区域试验的参试品种，基本上代表了本大区当代玉米品种的整体情
12、况。这些品种的生产用种即由父母亲本杂交制种得到的种子用于图像采集。1.2 种子图像的采集与特征获取按固定次序与方向将种子摆放于平板扫描仪，采用 600DPI 分辨率分别获取具有品种固有特征的 50粒种子的正反面（分别指有胚及无胚面）的数字化图像。根据目前机器视觉在线检测玉米粒时一般只采集正反面图像的实际情况，本研究没有采集种子顶部的图像。经试验确定，直接使用 RGB 空间的 R 分量，采用邻域平均法降噪，用 0.4 作为阈值能够实现种子的良好分割。然后再消除非种子对象噪声和孔洞噪声，得到最终二值图。种子大小与形状特征直接从最终二值图上获取，种子的纹理特征和种子颜色特征分别从由种子灰度 图和 彩
13、 色 图 获 取 。 种 子 的 全 部 特 征 采 用 作 者 自 编 的MATLAT 程序自动提取。1.3 种子的形态特征1.3.1 种子的大小 大小采用了种子正反面像的外接矩形的长与宽、面积、长轴与短轴长度、周长、等面圆直径等稳定性好的 7 个性状。因为扫描时已经摆正了种子的位置，所以，种子的长与宽可以用外接矩形的长与宽近似表示。1.3.2 种子的形状 种子正反面的形状性状应该与其大小无关。本研究使用了符合这一性质的 7 个性状，分别是：矩形度（面积/外接矩形面积）、椭圆度（焦点间距/长轴长）、凹凸比（面积/最小外接凸多边形面积）、圆形度（周长 2/4/ /面积）、紧凑度（等面圆直径/长
14、轴长）、相对质心坐标等等。1.3.3 种子的纹理 种子正反面的纹理采用与尺度、平移和旋转无关的 7 个彼此独立的统计不变矩表示 8。其中，第 1 个矩近似表示绕质心的惯性力矩，第 7 个矩为偏倚矩，可以用来区分镜像，其余不变矩分别从不同侧面反映种子的纹理特征。设灰度图像为 f(x,y)，则有 xyjiijfM),(pmqn mnqpMyxf)()( ,210jiij根据上述不变矩，就可以构造出 7 个彼此独立的统计不变矩（Hu，1962），它们与尺度、平移和旋转均无关：I1 = 20+02I2 = (2002)2+(211)2I3 = (30312)2+(32103)2I4 = (30+12)
15、2+(21+03)2I5 = (30312)(30+12)(30+12)23(21+03)2+ (32103)(21+03)3(30+12)2(21+03)2I6 = (2002)(30+12)2(21+03)2+411(30+12)(21 + 03)I7 = (32103)(30+12)(30+12)23(21+03)2996 中 国 农 业 科 学 41卷(30312)(21+03)3(30+12)2(21+03)21.3.4 种子的 颜色 种子正反面的颜色分别采用RGB 空间的 3 个分量（即红色、绿色和蓝色分量）和 HIS 空间的 3 个分量（即色调、明暗度和饱和度）表示，共 6 个性
16、状。同一分量的取值因种子部位的不同而异，故统一以整粒种子单面图像的均值表示。原始格式 RGB 空间到 HIS 空间的转换公式如下：GB，RGH)()(2arcos25),mx(BRI),a(inGS1.4 数据分析采用非参数聚类中的密度估计法进行单一性状的品种类群划分 9，在对品种进行同类性状的聚类分析时采用了对极端值耐受性好的质心法。为消去随机噪声的干扰，使用了主成份分析的主成份得分，作为输入变量进行质心法聚类。由于种子正反面特征在许多方面类似，另外，受文章篇幅限制，文中将只给出正面的情形。全部分析都是基于品种各个性状的平均数，并且采用 SAS（v9）软件实现 10。2 结果与分析2.1 玉
17、米种子形态的基本描述2.1.1 种子大小 试样玉米的种子长度平均为 10.5 mm，宽度为 9.2 mm，二者的变异系数均在 8.5%左右，变异程度相当（表 1）。长与短轴的长度也表现出类似的规律。当种子形状不规则，无法准确定位长与宽的统一测定位置时，可以通过等二次中心矩椭圆的长轴与短轴长度进行近似。不过，矩形与椭圆特征不能相互混用。当种子形状规则而且相同时，周长能够准确反映种子的大小。试样玉米的周长平均为 33.5 mm。若形状不同或者不规则，那么，等面圆直径就成为一维度量中最好的性状。等面圆直径为 9.5 mm。种子面积变化在 47101 mm2 之间，它的变异程度在大小性状中最大，同时，
18、它也是大小性状中唯一的二维度量。2.1.2 种子形状 矩形度与凹凸比分别反映种子在其外接矩形与最小外接凸多边形中的充实情况。显然，矩形度小于等于凹凸比。试样玉米的矩形度平均为0.738，也就是说，种子面积占其外接矩形面积的73.8%。凹凸比的均值为 0.977，即种子面积占其最小外接凸多边形面积的 97.7%，基本接近其理论最大值 100%，而且，变异程度也很小（表 1）。这表明，玉米种子轮廓基本上都呈现出凸的特点。椭圆度反映种子的扁圆程度，此值越小则越圆，值为“0”表示圆；值越大则越扁，值为“1”表示已经退化为一段直线。试样玉米的椭圆度平均为 0.49，而且在形状性状中，具有最大而且非常明显
19、的变异程度，变异系数高达 21.1%，比变异最小者凹凸比高 出 35 倍，这反映了不同品种之间扁圆程度的差别很大。圆形度反映种子与圆的近似程度，值越大，与圆的相似性越小。其理论最小值为“1”，表示与圆完全重合。试样玉米的圆形度平均为 1.26，变异系数为4%，这表明种子与圆有一定的相似性，不同品种之间差异较小。紧凑度反映种子的紧凑程度，值越大越紧凑，其理论最大值为“1”，表示一个圆。试样玉米的紧凑度平均为 0.915。相对质心坐标反映物体质量的分布中心，试样玉米为（0.498，0.453），二者的变异都都小，说明质量在水平方向上重心居中，在垂直方向上重心偏上。这与种子左右对称、顶部宽基部窄的观
20、察一致。2.1.3 种子纹 理 试样玉米的第 1 不变矩平均为7.08，变异最小，第 2 不变矩平均为 18.0，变异最大，极差约为 5。第 37 不变矩平均分别为24.7、28.5、55.8、38.1 和 56.0，各自的变异都小（表 1）。整体上看，统计不变矩所反映的种子纹理在不同品种之间差异较小。2.1.4 种子颜 色 颜色是种子表面最为显著的特征之一。红、绿和蓝分量有相同的定义域，可以根据值比较大小。玉米种子的红、绿和蓝三分量平均值分别为 212、179 和 116，从大到小依次为红绿蓝（表 1）。参试品种均为具有主体色为黄中带红的种子，理论上纯红色与纯绿色的加色为纯黄色，因此，出现上
21、述次序是意料之中的。这 3 个分量变异程度的次序正好与均值相反。4 期 郝建平等：基于图像处理的玉米品种的种子形态分析及其分类研究 997试样玉米的色调变化在 2848，均值为 42，位于色彩环上红色大区偏黄一侧。色彩饱和度均值为0.46，不同品种之间有较大的变异程度。亮度均值为0.83，品种之间差异较小。2.2 根据种子的单一性状对玉米品种分类根据单一性状对品种分类时，值大小相近的聚为一类，值明显不同的品种聚为不同的类。这种方法还可以鉴别出特异的种质，即单独为一类的单个品种。表 1 中国当代 193 个玉米品种的种子形态性状汇总 Table 1 Statistics of seed morp
22、hologic traits of 193 cultivars of maize in China 形态类别Category性状Trait取值区间Range均值Mean标准差Standard deviation变异系数CV (%)颜色 Color 红色 Red 191.000224 212 6 2.9 绿色 Green 132.000202 179 10 5.9 蓝色 Blue 85.000145 116 11 9.1 色调 Hue 29.00048 42 3 7.1 饱和度 Saturation 0.3500.56 0.46 0.04 9.3 明暗度 Intensity 0.7500.88
23、0.83 0.02 2.9 大小 Size 外接矩形宽 X-width (mm) 7.00011.5 9.2 0.7 8.2 外接矩形长 Y-width (mm) 8.40012.9 10.5 0.9 8.6 长轴长 Major axis length (mm) 8.20012.7 10.4 0.8 8.0 短轴长 Minor axis length (mm) 6.90010.5 8.8 0.6 7.2 周长 Perimeter (mm) 26.90040.5 33.5 2.3 6.8 等面圆直径 Diameter (mm) 7.70011.4 9.5 0.6 6.5 面积 Area (mm2
24、) 47.000101 71 9 12.9 形状 Shape 矩形度 Extent 0.6860.807 0.738 0.022 3.0 椭圆度 Eccentricity 0.3220.781 0.490 0.103 21.1 凹凸比 Area/Convex area 0.9590.988 0.977 0.006 0.6 圆形度 Shape factor 1.1701.51 1.26 0.04 3.2 紧凑度 Compactness 0.7820.964 0.915 0.036 4.0 相对质心 X Centroid X 0.4910.508 0.498 0.003 0.5 相对质心 Y Ce
25、ntroid Y 0.4290.48 0.453 0.010 2.2 纹理 Texture 不变矩 1 Invariant moment 1 6.8507.17 7.08 0.05 0.7 不变矩 2 Invariant moment 2 15.30020.1 18.0 1.1 5.9 不变矩 3 Invariant moment 3 23.30026.9 24.7 0.7 2.8 不变矩 4 Invariant moment 4 26.40030.2 28.5 0.7 2.5 不变矩 5 Invariant moment 5 51.70059 55.8 1.4 2.5 不变矩 6 Invar
26、iant moment 6 34.40040.5 38.1 1.1 3.0 不变矩 7 Invariant moment 7 52.90058.8 56.0 1.2 2.2 此类品种一般位于一个性状的最大值或者最小值区域。2.2.1 玉米的大小 单性状类别 按种子长度对品种聚类得到 6 个类，绝大多数品种属于第 35 类，分类中心的长度分别为 11.5、10.8 和 10 mm，合计占全部品种数目的 87.5%（表 2）。种子长度的特异品种为 SA720（12.9 mm）。按种子宽度对品种聚类得到 7 个类，其中最典型的为第 35 类，分类中心的种子宽度分别为9.7、9.1 和 8.5 mm，
27、合计占品种总数的 97.5%。种子宽度的特异品种为永 31433（11.5 mm，括号内数字表示性状值，下同）、YA1008 （7.2 mm）和YA04273（7.0 mm），各自独立聚为一类。2 中 国 农 业 科 学 41卷按种子长轴长对品种聚类得到 5 类，其中典型的为第 24 类，中心的长轴长分别为 11.4、10.6 和 9.8 mm，合计占品种总数的 93.9%。种子长轴长的特异品种为 CY9856（8.2 mm）。按种子短轴长可将品种分为 2 大类，类中心的取值分别为 9.2 和 8.2 mm，比例分别为 64.2%和35.8%。种子短轴长无特异品种。按种子周长对品种聚类得到 5
28、 类，最为典型的为第 24 类，类中心的取值分别为 36、33 和 31 mm， 表 2 中国当代 193 个玉米品种种子单一形态性状的聚类分析结果Table 2 Cluster analysis of 193 cultivars by single seed morphologic traits of maize in China类别 Category性状 Trait分类数目Cluster No.类比例类中位数Cluster proportion:cluster median颜色 Color 红色 Red 3 43.5:217, 56.0:208, 0.5:191绿色 Green 6 0.5
29、:202, 16.1:193, 44.0:183, 22.3:173, 16.6:165, 0.5:132蓝色 Blue 6 1.6:143, 9.8:134, 29.5:123, 32.1:113, 26.4:105, 0.5:85色调 Hue 3 17.1:45, 82.4:41, 0.5:28饱和度 Saturation 3 2.6:0.55, 72.5:0.47, 24.9:0.4明暗度 Intensity 6 34.7:0.85, 11.4:0.84, 24.9:0.82, 28.0:0.8, 0.5:0.78, 0.5:0.75大小 Size 外接矩形宽 X-width (mm)
30、7 0.5:11.5, 1.0:11, 42.0:9.7, 22.3:9.1, 33.2:8.5, 0.5:7.2, 0.5:7外接矩形长 Y-width (mm) 6 0.5:12.9, 4.7:12.5, 18.1:11.5, 23.8:10.8, 45.6:10, 7.3:8.8长轴长 Major axis length (mm) 5 5.7:12.2, 16.1:11.4, 35.8:10.6, 42.0:9.8, 0.5:8.2短轴长 Minor axis length (mm) 2 64.2:9.2, 35.8:8.2周长 Perimeter (mm) 5 0.5:40, 28.5
31、:36, 45.6:33, 24.9:31, 0.5:27等面圆直径 Diameter (mm) 5 0.5:11.4, 40.9:9.9, 14.0:9.5, 44.0:9, 0.5:7.7面积 Area (mm2) 6 0.5:101, 5.7:89, 34.2:78, 15.0:71, 44.0:64, 0.5:47形状 Shape 矩形度 Extent 6 0.5:0.807, 1.6:0.795, 3.6:0.78, 38.9:0.752, 54.4:0.725, 1.0:0.688椭圆度 Eccentricity 3 0.5:0.781, 29.5:0.608, 69.9:0.42
32、5凹凸比 Area/Convex area 5 52.8:0.981, 8.8:0.977, 27.5:0.974, 7.3:0.967, 3.6:0.961圆形度 Shape factor 5 0.5:1.51, 3.6:1.35, 5.7:1.32, 36.3:1.28, 53.9:1.23紧凑度 Compactness 5 63.7:0.941, 29.0:0.887, 5.7:0.84, 1.0:0.807, 0.5:0.782相对质心 X Centroid X 3 0.5:0.508, 43.5:0.499, 56.0:0.497相对质心 Y Centroid Y 2 99.0:0.
33、453, 1.0:0.429纹理 Texture 不变矩 1 Invariant moment 1 6 45.6:7.12, 16.1:7.07, 35.2:7.04, 1.6:6.98, 1.0:6.94, 0.5:6.85不变矩 2 Invariant moment 2 4 20.7:19.3, 25.4:18.6, 53.4:17.2, 0.5:15.3不变矩 3 Invariant moment 3 6 1.0:26.9, 0.5:26.7, 9.3:25.9, 22.8:25.3, 32.6:24.7, 33.7:24.1不变矩 4 Invariant moment 4 6 0.5:
34、30.2, 56.0:28.9, 21.2:28.2, 18.7:27.7, 3.1:26.9, 0.5:26.4不变矩 5 Invariant moment 5 5 13.5:57.8, 47.7:56.4, 16.1:55.2, 22.3:54.1, 0.5:51.7不变矩 6 Invariant moment 6 5 17.1:39.6, 23.3:38.8, 58.0:37.7, 1.0:35.4, 0.5:34.4不变矩 7 Invariant moment 7 7 0.5:58.8, 1.0:58.5, 47.7:56.9, 33.2:55.4, 13.0:54.4, 3.6:53
35、.5, 1.0:52.9合计占品种总数的 99%。种子周长的特异品种为SA720（40.5 mm ）和 CY9856（26.9 mm）。按种子等面圆直径对品种聚类得到 5 类，最为典型的为第 24 类，类中心值分别为 9.9、9.5 和 9 mm，合计占品种总数的 99%。种子等面圆直径的特异品种为 SA720（11.4 mm）和 CY9856（7.7 mm）。按种子面积聚类品种得到 6 类，典型的为第35 类，类中心值分别为 78、71 和 64 mm2，合计4 期 郝建平等：基于图像处理的玉米品种的种子形态分析及其分类研究 999占品种总数的 93.2%。种子面积的特异品种为SA720（1
36、01 mm 2）和 CY9856（47 mm 2）。2.2.2 玉 米 的 形 状 单 性 状 类 别 按 矩 形 度 对 品 种 聚类得到 6 类，最典型的为第 4 和 5 类，类中心值分别为 0.752 和 0.725，合计占总数的 93.3%（表 2）。种子矩形度的特异品种为丹 4245（0.807）。按椭圆度对品种聚类得到 3 类，典型的为第 2和 3 类，类中心值分别为 0.608 和 0.425，合计占总数的 95.5%。种子椭圆度的特异品种为丹4245（0.781）。按凹凸比对品种聚类得到 5 类，典型的为第 1和 3 类，类中心值分别为 0.981 和 0.974，合计占总数的
37、 80.3%。种子凹凸比无特异品种。按圆形度对品种聚类得到 5 类，典型的为第 4和 5 类 ， 类 中 心 值 分 别 为 1.28 和 1.23， 合 计 占 总数 的90.2%。种子圆形度的特异品种为晋玉92178（1.51）。按紧凑度对品种聚类得到 5 类，典型的为第 1和 2 类，类中心值分别为 0.941 和 0.887，合计占总数的 92.7%。种子紧凑度的特异品种为丹4245（0.782）。按相对质心 X 对品种聚类得到 3 类，典型的为第 2 和 3 类，类中心值分别为 0.499 和 0.497，合计占总数的 95.5%。种子相对质心 X 的特异品种为丹4245（0.508
38、）。按相对质心 Y 对品种聚类得到 2 类，典型的为第 1 类，类中心值为 0.453，此类占总数的 99%。种子相对质心 Y 无特异品种。2.2.3 玉米的 纹理单性状类别 按不变矩 1 对品种聚类得到 6 类，典型的为第 13 类，类中心值分别为 7.12、7.07 和 7.04，合计占总数的 96.9%（表 2）。种子不变矩 1 的特异品种为豫单 9901（6.85）。按不变矩 2 对品种聚类得到 4 类，典型的为第1类，类中心值分别为 19.3、18.6 和 17.2，合计占总数的 95.5%。种子不变矩 2 的特异品种为丹4245（15.3）。按不变矩 3 对品种聚类得到 6 类，典
39、型的为第46 类，类中心值分别为 25.3、24.7 和 24.1，合计占总数的 89.1%。种子不变矩 3 的特异品种为YA1008（26.7）。按不变矩 4 对品种聚类得到 6 类，典型的为第24 类，类中心值分别为 28.9、28.2 和 27.7，合计占总数的 95.9%。种子不变矩 4 的特异品种为冀丰 9号（30.2）和掖 2002（26.4）。按不变矩 5 对品种聚类得到 5 类，典型的为第14 类，类中心值分别为 57.8、56.4、55.2 和 54.1，合计占总数的 99.5%，其中第 2 类约占 1/2。种子不变矩 5 的特异品种为掖 2002（51.7）。按不变矩 6
40、对品种聚类得到 5 类，典型的为第13 类，类中心值分别为 39.6、38.8 和 37.7，合计占总数的 98.5%，其中第 3 类约占 3/4。种子不变矩6 的特异品种为掖 2002（34.4）。按不变矩 7 对品种聚类得到 7 类，典型的为第35 类，类中心值分别为 56.9、55.4 和 54.4，合计占总数的 93.9%。种子不变矩 7 的特异品种为冀丰 9号（58.8）。2.2.4 玉米的 颜色单性状类别 按红分量对品种聚类得到 3 类，典型的为第 1 和 2 类，类中心值分别为217 和 208，合计占总数的 95.5%（表 2）。种子红分量的特异品种为豫单 9901（191）。
41、按绿分量对品种聚类得到 6 类，典型的为第25类，类中心值分别为 193、183、173 和 165，合计占总数的 99%，其中第 3 类约占一半。种子绿分量的特异品种为 DL01（202）和豫单 9901（132）。按蓝分量对品种聚类得到 6 类，典型的为第35 类，类中心值分别为 123、113 和 105，合计占总数的 88.1%。种子蓝分量的特异品种为豫单9901（85）。按色调对品种聚类得到 3 类，典型的为第 1 和 2类，类中心值分别为 45 和 41，合计占总数的99.5%，其中第 2 类约占 4/5。种子色调的特异品种为豫单 9901（29）。按饱和度对品种聚类得到 3 类，
42、典型的为第 2和 3 类，类中心值分别为 0.47 和 0.4，合计占总数的97.4%，其中第 2 类约占 3/4。种子饱和度无特异品种。按明暗度对品种聚类得到 6 类，典型的为第14 类，类中心值分别为 0.85、0.84、0.82 和 0.80，合计占总数的 99%。种子明暗度的特异品种为运单25（0.78）和豫单 9901（0.75）。2.3 根据种子的同类性状对玉米品种分类2.3.1 玉米的大小 综合类别 按全部大小性状对品种聚类得到 6 类（表 3），类间变异能够解释总变异的 74%。其中，典型的第 1 和 2 及 4 类品种的种子1000 中 国 农 业 科 学 41卷宽、长、长轴
43、长、短轴长、周长、直径和面积等性状的均值分别为（9.8、11.0、10.9、9.4、35.5、10.0、79）和（9.1、10.2、10.0、8.7、32.6、9.3、68）及（8.4、9.3、9.3、7.9、29.9、8.5、57）。种子大小的综合特异品种为 CY9856，属于明显的小粒类型。2.3.2 玉米的形状 综合类别 按全部形状性状对品种聚类得到 5 类（表 3），类间变异仅能够解释总变异的 12%。绝大多数品种归入第 1 类，其矩形度、椭圆度、凹凸比、圆形度、紧凑度和相对质心坐标等性状的均值分别为（0.738、0.483、0.977、1.26、0.918、0.498、0.453）。
44、种子形状的综合特异品种为创奇 5 号和晋玉92178，与第 1 类相比，创奇 5 号的种子非常扁，晋玉 92178 则不扁也不圆。2.3.3 玉米的 纹理综合类别 按全部纹理性状对品种聚类得到 6 类（表 3），类间变异能够解释总变异的 48%。典型的第 1 和 2 类品种的不变矩 17 等性状的均值分别为（7.09、18.2、24.9、28.8、56.4、38.6、56.4）和（7.06、17.3、24.3、27.8、54.4、36.9、54.8）。种子纹理的综合特异品种为汾单 02133 和豫单 9901。与第 1 类相比，汾单 02133 的不变矩 2 明显变大，豫单 9901 则大多数
45、不变矩变小。2.3.4 玉 米 的 颜 色 综 合 类 别 按 全 部 颜 色 性 状 对 品表 3 中国当代 193 个玉米品种种子同类形态性状的聚类分析结果Table 3 Cluster analysis of 193 cultivars by group seed morphologic traits of maize in China 类别 Category性状 Trait类 1Cluster 1类 2Cluster 2类 3Cluster 3类 4Cluster 4类 5Cluster 5类 6Cluster 6颜色 Color 红色 Red 210 216 216 213 191
46、绿色 Green 175 190 177 185 132 蓝色 Blue 112 130 98 133 85 色调 Hue 41 44 42 42 29 饱和度 Saturation 0.47 0.40 0.55 0.38 0.55 明暗度 Intensity 0.82 0.85 0.85 0.84 0.75 品种数目 Cultivar Number 139 46 5 2 1 大小 Size 外接矩形宽 X-width (mm) 9.8 9.1 8.3 8.4 9.9 7.8 外接矩形长 Y-width (mm) 11.0 10.2 11.7 9.3 12.4 8.5 长轴长 Major ax
47、is length (mm) 10.9 10.0 11.5 9.3 12.2 8.2 短轴长 Minor axis length (mm) 9.4 8.7 8.2 7.9 9.8 7.4 周长 Perimeter (mm) 35.5 32.6 34.3 29.9 38.3 26.9 等面圆直径 Diameter (mm) 10.0 9.3 9.6 8.5 10.8 7.7 面积 Area (mm2) 79 68 73 57 92 47 品种数目 Cultivar Number 55 87 18 24 8 1形状 Shape 矩形度 Extent 0.738 0.725 0.787 0.796
48、0.715 椭圆度 Eccentricity 0.483 0.652 0.744 0.678 0.366 凹凸比 Area/Convex area 0.977 0.971 0.985 0.986 0.963 圆形度 Shape factor 1.26 1.35 1.30 1.25 1.51 紧凑度 Compactness 0.918 0.849 0.807 0.847 0.954 相对质心 X Centroid X 0.498 0.497 0.506 0.493 0.504 相对质心 Y Centroid Y 0.453 0.437 0.462 0.451 0.456 品种数目 Cultivar Number 185 4 2 1 1 纹理 Texture 不变矩 1 Invariant moment 1 7.09 7.06 7.13 7.01 7.17 6.85 不变矩 2 Invariant moment 2 18.2 17.3 19.1 16.4 20.1 18.5 4 期 郝建平等：基于图像处理的玉米品种的种子形态分析及其分类研究 1001不变矩 3 Invariant moment 3 24.9 24.3 25
