小麦籽粒显微ct图像重建与可视化研究

grain and sample tube outline could be distinguished clearly by slice image of wheat grain. The
result of surface rendering could comprehensively characterize the surface morphology of wheat
的自动检测研究是非常必要而迫切的 [1]。
之外，含蛹和成虫的粮粒全部正确识别，但该法对
BRABEC 等 [2] 提出利用电导率法检测粮粒内 含卵和低龄幼虫粮粒无法检测。本文对小麦切片进
部的害虫，该方法是利用粮粒内部存在活虫时， 行重建并实现了麦粒的可视化，并对重建与可视化
其水分含量发生变化，从而导致粮粒电导率的变 的方法进行了研究，为后续早期侵染麦粒无损检测
我国每年农户储粮直接经济损失在 20 亿元以 量成虫的检测精度为 72 %。国内学者也在储粮害
上，其中害虫感染是重要的原因之一。仓储害虫除 虫的检测方面取得了许多成果，耿森林等 [5] 在声
造成严重的质量损失外，还会造成粮食品质下降以 信号采集传输、识别分类等方面进行了研究，实现
及发热霉变等问题，另外储粮害虫的排泄物还会严 了声信号的实时远程传输，但该法易受环境噪声
化进行检测，但该方法需压碎粮粒，无法检测幼 的特征提取奠定了坚实的基础。
虫侵染的粮粒。SINGH 等 [3] 对麦粒的短波近红外 1 材料和方法
（700~1100 nm）高光谱图像进行处理和分析，并 1.1 主要材料与仪器
提取出敏感波长下的 13 个统计图像特征，但只研
米象、谷蠹等试验用活虫：来源于河南工业大
grain, which could truly reveal the microstructure changes of wheat grain, providing an important
basis for the research on the evolution rule of insect states and larvae, and the extraction of three-
Reconstruction and visualization of wheat grain
ZHANG Hong-tao, PEI Zhen-yu, LI De-wei, CHANG Yan
(Institute of Electric Power, North China University of Water Resources and Electric Power, Zhengzhou 450045, Henan, China)
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粮食与油脂
2019 年第 32 卷第 11 期
小麦籽粒显微 ＣＴ 图像重建与可视化研究
张红涛，裴震宇，李德伟，常 艳
（华北水利水电大学电力学院，河南郑州 450011） 摘 要：应用 Micro-CT 数据采集系统采集小麦籽粒的原始投影数据，利用 FDK 算法进行二维 切片图像的重建，分析比较了应用不同滤波器时的二维切片图像的 FDK 算法重建效果，应用 面绘制的方法实现了麦粒立体结构的构建。通过麦粒切片图像清晰地分辨出麦粒与样品管轮廓， 面绘制结果全方位地表征麦粒表面形态特征，真实地展现麦粒内部显微结构的变化，为虫态、 虫道演变规律的研究以及麦粒三维特征信息的提取提供重要的依据。 关键词：麦粒；FDK 重建；可视化；滤波
2019 年第 32 卷第 11 期
Abstract: The original projection data of wheat grain was collected by Micro-CT data acquisition
system. The reconstruction of two-dimensional slice image by FDK algorithm was analyzed.
The reconstruction effect of two-dimensional slice image using different filters was analyzed and
compared. The surface rendering method realized the three-dimensional structure of wheat.Wheat
收稿日期：2017-12-12 基金项目：国家自然科学基金资助项目（31671580）；河南省科技攻关项目 (162102110112)；华北水利水电大学教学名师培 育项目（2014108）；华北水利水电大学第九届研究生创新课题（YK2017-05） 作者简介：张红涛（1977—），男，博士，教授，研究方向为图像识别、计算机视觉等方面。
究了麦粒为同一种姿态的情况。ELIOPOULOS 等 学养虫室；麦粒：购于镇江市面粉厂，麦粒长约
[4] 研制了依据害虫进食，爬行活动所发出的声信号 5.8~7.5 mm，宽约 1.8~3.8 mm。
来判别谷物内部侵染的检测系统，对小麦中含有少
3D 成像设备 Micro-CT100：瑞士 SCANCO 公
dimensional feature information of wheat grain.
Key words: wheat grain; FDK reconstruction; visualization; filter
中图分类号：TS210.1
文献标识码：A
文章编号：1008-9578（2019）11-0040-05
重影响到粮食的品质，甚至成为疾病传染的渠道。 的影响，不易检测低龄幼虫和“假死”害虫。张
由于我国粮食害虫防治采取的全面熏蒸杀虫治理 红涛等 [6] 提出分腹沟向下、腹沟向下和腹沟侧向
方式，不仅使得粮食的食品安全受到影响，而速提高。因此，粮粒内部虫害 分析，除含末龄（第 4 龄）幼虫的部分粮粒误识别