杂交水稻（HYBRID RICE）| 基于多光谱成像的颜色特征在水稻种子活力检测上的应用（Videometer）-云南省农科院

该研究由云南省农业科学院等单位完成，发表于《杂交水稻》，以 6 个不同类型水稻品种为试验材料，通过人工加速老化构建不同活力梯度种子样本，首次探究多光谱成像结合归一化典型判别分析（nCDA）提取的 CIELab 色空间颜色特征在水稻种子活力无损检测中的应用可行性，弥补了传统发芽试验破坏性、耗时的不足，为水稻种子活力快速检测提供了新的理论基础和技术思路。

研究背景与目的

背景:水稻是全球超半数人口的主粮，也是我国粮食安全的核心保障，种子活力直接影响水稻发芽率、田间出苗情况和最终产量，高活力种子在恶劣环境下仍能快速整齐出苗。目前种子活力的官方检测方法仍以发芽试验为主，该方法属于破坏性检测，且耗时费力；多光谱成像（MSI）作为结合成像与光谱的新兴无损技术，可同时获取物体空间和光谱信息，已应用于花生、大豆等作物的种子品质检测，但在水稻中应用较少，且基于其颜色特征的水稻种子活力检测研究尚未见深入报道。

研究目的:以人工加速老化获得的不同活力梯度水稻种子为材料，分析多光谱成像原始 CIELab 色空间值、nCDA 转换后 CIELab 值与种子活力指标的相关性，验证基于多光谱成像颜色特征开展水稻种子活力无损检测的可行性，为该技术的实际应用提供理论支撑。

核心试验方法

1.人工加速老化处理

为构建不同活力梯度种子，将每个品种 100 粒种子单层密封，于 42℃水浴中分别老化0、5、10、20 d，老化后 25℃放置 1 周，其中 0 d 为自然老化对照，5/10/20 d 为人工加速老化处理。

2.多光谱图像采集与 nCDA 分析

采用丹麦 Videometer Lab4™多光谱成像系统采集图像，该设备含 19 个窄带 LED 光源，可获取 19 张不同波段光谱图像和 1 张 RGB 图像（2192×2192 像素）；采集前完成白 / 黑 / 圆斑点平板校准，每个品种分 2 次采集（50 粒 / 次）。提取多光谱图像的CIELab 色空间值（L明度、a红绿度、b * 黄蓝度，最接近人类视觉的设备独立色空间）；通过软件对多光谱图像进行nCDA（归一化典型判别分析）转换，以 0 d（高活力）种子标蓝、20 d（低活力 / 无活力）种子标红进行标准化，实现不同活力种子的光谱特征区分。

3.种子活力检测（发芽试验）

参照《农作物种子检验规程 发芽试验》（GB/T 3543.4-1995），将采集完图像的种子置于铺有 2 层无菌水浸湿滤纸的培养皿中，在 28℃/14h 光照、25℃/10h 黑暗的光照培养箱中培养 14d；以胚根≥2 mm为发芽标准，统计发芽时间和数量，计算 4 个核心活力指标：发芽势（第 5 天）、发芽率、发芽指数、活力指数（第 14 天）。

多光谱成像颜色特征的变化规律

1.原始多光谱图像 CIELab 值

人工老化后，6 个品种的原始多光谱图像中L*、a*、b * 值整体变化不明显；仅老化 20 d 种子与 0 d 相比，L值均降低、a值均升高，b * 值有升有降，无统一规律。

2.nCDA 转换后图像 CIELab 值

多光谱图像经 nCDA 转换后，CIELab 值变化显著，20 d 老化种子的 L*、a*、b * 值均高于 0 d 种子；且 nCDA 可将 4 个老化时间的种子清晰区分为蓝色、绿色、黄绿色、红色，颜色与活力水平高度对应（越蓝活力越高，越红活力越低），直观实现不同活力种子的区分。

颜色特征值与种子活力指标的相关性分析

1.原始多光谱图像

4 个活力指标间呈极显著正相关（发芽率与发芽势相关系数 0.9966，发芽指数与活力指数 0.9418）；3 个 CIELab 值间也呈极显著正相关，但CIELab 值与所有活力指标的相关性均不显著，无法直接用于活力检测。

2.nCDA 转换后图像

nCDA 图像的 CIELab 值与 4 个活力指标均呈负相关，其中a*、b * 与 4 个活力指标均达极显著负相关水平；a * 是最核心的特征指标，其与发芽率、发芽势、发芽指数的相关系数分别为 - 0.6593、-0.6515、-0.6617，相关性最高，与活力指数的相关系数为 - 0.5613（极显著）。

nCDA 结合 CIELab 色空间的应用价值

原始多光谱图像的颜色特征无法反映种子活力变化，但 nCDA 转换后可有效区分不同老化时间的种子，且 a*、b * 值与活力指标极显著负相关，证明基于多光谱成像的颜色特征在水稻种子活力无损检测中具有明确应用潜力；该方法为非破坏性检测，更适合珍贵种子样本的活力评估，且 CIELab 色空间设备独立，可避免设备差异带来的误差，提升检测准确性和普适性。

研究结论

1.人工加速老化处理可显著降低水稻种子活力，延长发芽时间，降低发芽整齐度，10 d 为区分水稻种子耐老化性的临界时间，不同水稻品种的耐老化性存在显著差异。

2.水稻种子多光谱成像原始 CIELab 色空间值与发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数等活力指标的相关性均不显著，无法直接用于种子活力检测。

3.多光谱图像经nCDA 转换后，可清晰区分不同老化时间的水稻种子，且 nCDA 图像中的CIELab a*、b * 值与 4 个种子活力指标均呈极显著负相关；其中 CIELab a * 与发芽率、发芽势、发芽指数的相关性最高，相关系数分别达 - 0.6593、-0.6515、-0.6617，表明基于多光谱成像的 CIELab 色空间颜色特征值在水稻种子活力无损检测中具有重要应用潜力。

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