1、1机器视觉技术在桑椹菌核病防治上的研究【摘 要】针对目前桑葚菌核病发病严重，防治手段单一的现状，提出了一种全新的桑葚菌核病的防治方法。采用机器视觉技术识别病菌子囊盘后利用远红外加热迅速达到一定温度杀死子囊盘，防止病菌子囊孢子扩散从而达到控制该病的发生和危害。试验表明，采用该法能准确快速的检测到子囊盘，对子囊盘也能进行有效地杀死，能有效地防治该病害，对生产实践有一定的指导意义。 【关键词】机器视觉；桑葚菌核病；轮廓提取；Canny 算子 桑葚菌核病俗称白果病， 是危害桑椹的主要真菌性病害。桑葚菌核病的侵染循环是病原菌以菌核的形式在土壤中越冬，然后菌核抽生出子囊盘，子囊孢子借风力传播，侵入桑树雌花
2、花器而引起初次感染。病原菌侵入雌花花器后，菌丝大量增殖，最后形成菌核后，菌核随病椹落地，病椹腐烂而菌核留在地表成为下一年的感染源。 目前我国大多都是采用农业、化学、生物和物理等手段来防治桑葚菌核病。化学防治虽然方便快捷，见效快，对果农要求也不高，但容易使病菌产生抗药性，从保护环境和保障桑椹产品的食用安全考虑不适合长期使用，而另外两种防治措施都要消耗大量人力、物力、财力。本文根据桑葚菌核病的发病特点，利用机器视觉识别技术对桑葚菌核病的子囊盘进行识别后对子囊盘进行远红外加热方法，使土壤温度在 60s 内迅速达到 125，迅速杀死病原菌，从而使病原菌不再传播，就能达到防治2桑椹菌核病发生的目的。相较
3、于传统的农药防治方式，该技术更加环保、效率更高、且简便易行，对防治桑椹菌核病、提高桑椹的品质和价值等方面起着至关重要的作用。 一、机器视觉识别桑葚菌核病子囊盘的算法及分析 机器视觉（Machine Vision）也称计算机视觉（Computer Vision） ，用机器来代替人的眼睛，从而检测和测量，来达到对图片信息的控制。 （一）桑葚菌核子囊盘边缘轮廓检测算法分析。图像的边缘是指图像灰度构成的曲面上的陡峭区域，是图像中目标的最基本的特征之一。边缘存在于物体和背景之间，以及物体和物体之间、基元和基元之间。因此，第一步就是对图像的边缘进行提取和分析。Roberts 算子、Sobel算子和 Lap
4、lace 算子是微分法里的主要算法。卷积算法是这三种算法的核心，唯一区别就是卷积列阵。其中最简单的算子是 Roberts 算子，它利用局部差分算子寻找边缘，它检测边缘是靠采用对角线方向相邻两像素之差近似梯度幅值检测边缘。检测垂直边缘的效果好于斜向边缘，定位精度高，对噪声敏感。Sobel 算子的形式是滤波算子，目的是提取边缘。图像中每个点都用两种模板做卷积，第一种注重检测水平边缘，对水平边缘影响最大，另一个是对垂直边缘的检测，这种方法对垂直边缘影响最大。Laplace 算子本质上是一个二阶微分算子，对边缘敏感。而 Canny算子是在信噪比准则、定位精度准则和单边缘响应前提下推导出的最优边缘检测算
5、子。 （二）基于各算子的边缘图像轮廓提取图分析。经过实验数据对比分析发现 Robert 算子对噪声较敏感，且会丢失部分边缘信息使得边缘不3连续，边缘检测效果很差，几乎看不清子囊盘的边缘轮廓；而 Sobel 算子对噪声有一定的抑制作用，边缘检测效果也要好于 Robert 算子，但仍丢失了部分边缘信息，子囊盘的边缘轮廓也不清晰。Laplace 算子边缘检测效果较好，尤其能清晰的反应子囊盘的边缘特征。但是在识别未加热的子囊盘时边缘轮廓缺失严重，它的纹理太复杂，不能进行有效地处理。Canny 算子实现简单，边缘信息不丢失，噪声小，处理速度快，检测效果较好，所以本文拟采用此算子进行图形的分析和处理。通过
6、对实验图形数据的进一步分析可以看出，Canny 算子主要受到 和 控制。尺度参数 控制着滤波窗口对图像的平滑程度。 越小，定位精确度越高，但信噪比越低，容易将噪声当做边缘提取；相反， 越大，平滑程度越高，对噪声的敏感度随之降低，但易丢失边缘细节。阈值在很大程度上控制着边缘检测结果的好坏。阈值 越小，保留的边缘信息越多，边缘越连续，但伪边缘也会增多，噪声点也会越多； 增大，会抑制伪边缘，但同时也易丢失细节，边缘将会出现断裂。在本文实验中，利用 Canny 算子提取加热前的子囊盘边缘时 取 0.6， 取 0.1 时比较合适。处理加热后的子囊盘时 取 1.3， 取 0.5 比较合适。选取合适的参数后
7、对加热前后的桑葚菌核子囊盘原始和边沿轮廓图进行分析比较，很明显的看出加热前后桑葚菌核的边缘出现了较大的差异。经过边沿轮廓的提取可以明显地发现，加热前边沿仅有一个颜色过度，而加热后出现了两个过度，并且加热后子囊盘皱缩，形状也发生了明显的变化，面积缩小为原来的 1/2 左右。 二、实验结果及分析 通过对桑葚子囊盘的边缘轮廓进行提取，经过一定的算法分析，识4别出了桑葚菌核病的子囊盘后利用远红外线装置在实验室的环境下对子囊盘进行加热。选取实验远红外光管功率为 1000W，在远红外光管与桑葚菌核之间的加热高度为 55mm 时。加热时间 30s，当上升温度为 63，不能有效的杀死桑葚病菌子囊孢子；加热时间
8、 45s，当上升温度为 89，能杀死部分桑葚病菌子囊孢子，但仍可传病，当加热时间 60s，上升温度为 125，能够最大程度杀灭桑葚病菌子囊孢子，起到良好的防治效果。 三、结语 本文针对目前桑葚菌核病防治上存在的问题，提出了一种新的防治方法。利用该方法实现了对桑葚子囊盘边沿轮廓特征的提取，识别出了桑葚菌核并能有效的控制加热装置进行加热处理；在实验环境下，研究出了桑葚菌核死亡的极限温度数据，绘制出了加热过程的温度数据曲线图，能够通过远红外加热的方法对其进行有效杀灭，达到了初衷目的，对生产实践有一定的指导作用。 参考文献 1 梁杨，徐立，马晓敏等.对桑椹肥大性菌核病菌具有抑制活性的中草药筛选J.蚕业
9、科学，2011，37（2）：0187-0192. 2 Katsutaro K.Mulberry disease of JapanM.Tokyo： Kenpakusha，1979：109-130. 3 陈利锋，徐敬友.农业植物病理学M.中国农业出版社， 2001：54-57. 4操海群，岳永德，花日茂等.植物源农药研究进展J.安徽农业大学学报，2000，27（1）：40-44. 55 吕蕊花，赵爱春等.利用除草剂草甘膦防治桑椹菌核病的初步试验J.蚕业科学，2011，37（5）：0907-0913. 6 贾云德.机器视觉M.科学出版社，2000：1-3. 作者简介：鲁学平（1991.12- ） ，男，四川乐山人，西南大学植物保护学院，本科，植物保护。
