田间植物真菌孢子显微图像采集处理系统研究

摘要

植物真菌病害的预防关键是即时测定空气中真菌孢子的数量，以此对植物真菌病害进行预警。目前，对于植物真菌病害的自动化检测技术仍处于起步阶段，尚无快速、准确的孢子检测系统，常规手段是通过单一的孢子捕捉器进行样本捕捉，然后将玻片取出用肉眼在显微镜下进行观测。本课题为实现对田间空气中植物真菌孢子数量的实时监测，基于传统孢子捕捉方法以及当前孢子计数方法，设计了基于LabVIEW开发平台的田间远程真菌孢子显微图像采集处理系统。通过本系统可以实现对空气中浮游真菌孢子的捕捉，在通过智能化图像显微成像方式对样本进行拍摄与分析，确定样本中的孢子数量，从而对植物真菌病害预警提供强有力的数据支撑。
　　本论文主要内容包括以下几个方面:
　　(1)要实现孢子数量的快速检测，显微图像采集处理系统的外形设计是整个系统的重要组成部分。本课题经过多次研究与试验，设计出微粒子信息获取装置、多样本载物装置以及精确相机控制台，从而实现对空气中孢子信息的快速获取及图像采集，为实现样本图片处理与分析打下坚实的基础。
　　(2)实现了整体系统中硬件电路的功能需求设计，主要针对驱动控制模块以及相机光源亮度调节的硬件电路进行设计，并完善其功能，核心技术采用PWM调制实现了整体系统对步进电机的精确控制以及对光源亮度的动态调节。
　　(3)针对系统功能需求，对系统各模块进行了软件设计和集成，开发主要利用LabVIEW平台进行软件系统设计。程序设计包括步进电机控制、显微镜光源亮度调整、CCD相机图像采集、图片分析处理等部分。
　　(4)从整个系统的稳定性、可行性以及准确性对整体系统进行检测。检测具体包括对样本的捕捉情况、驱动控制的精确稳定度、显微CCD相机采集照片效果、样本照片处理情况。综合以上检测情况对试验方案是否符合设计初衷做出分析。
　　本系统经过多次试验分析比对，采用圆型结构作为样本载物结构，本结构一次性容纳20片载玻片。样本载玻片每天自动旋转角度为18°，然后通过CCD显微相机对样本玻片进行观测，以此对田间环境进行不间断监测。当样本载物台旋转一周，对样本玻片进行一次性更换，更换完毕后继续按照上述设定转动周期对田间微粒信息进行捕捉并监测。CCD相机捕捉图片会根据需要保存在指定文件夹中。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究的背景

1．1．1 需求背景

1．1．2 技术背景

1．2 课题研究目的及意义

1．3 国内外研究现状

1．3．1 真菌孢子检测研究现状

1．3．2 显微成像技术国内外研究现状

1．3．3 LabVIEW开发平台应用现状

1．4 本文主要工作

2 田间植物真菌孢子显微图像采集处理系统方案设计

2．1 系统需求分析

2．1．1 样本捕捉需求分析

2．1．2 样本实时成像需求分析

2．2 系统总体方案设计

2．3 章主要内容

3 系统整体结构设计

3．1 微粒子信息获取装置

3．2 高精度多样本载物台

3．3 精确相机控制台

3．4 本章主要内容

4 硬件模块设计

4．1 步进电机驱动控制

4．2 相机光源亮度控制模块

4．2．1 设计光源调节电路原因

4．2．2 设计原理

4．2．3 光源控制模块介绍

4．3 本章主要内容

5 基于LabVIEW的软件程序设计

5．1 LabVIEW及IMAQ Vision介绍

5．1．1 LabVIEW编程环境简介

5．1．2 LabVIEW语言特点与应用

5．1．3 IMAQ Vision图形开发包

5．2 软件的总体结构设计

5．3 步进电机驱动控制软件设计

5．3．1 串口命令模块

5．3．2 运动控制软件设计

5．4 显微图像采集程序模块

5．4．1 相机选择

5．4．2 系统结构框架

5．4．3 参数配置

5．4．4 图像捕捉程序

5．5 显微镜光源亮度调节

5．6 图像处理模块设计

5．6．1 图像调用

5．6．2 图像预处理

5．6．3 图像形态学处理

5．6．4 特征提取

5．6．5 模板匹配

5．6．6 图像处理程序框图

5．7 系统软件集成

5．8 本章主要内容

6 系统平台搭建与测试

6．1 整体样机搭建

6．2 微粒子信息获取

6．3 运动控制模块检测

6．4 整体样机田间检测

7 总结与展望

7．1 论文工作总结

7．2 工作展望

参考文献

作者简介

致谢