近日，Scientia
Horticulturae在线发表了江西农业大学食用菌表型组学团队殷华课题组题为A
novel approach for measuring the volume of Pleurotus eryngii based on
depth camera and improved circular disk method 的研究论文。
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论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.scienta.2024.113382
体积是反映杏鲍菇大小的关键指标，快速测量杏鲍菇体积对采后包装、存储及供应链优化均具有重要意义。杏鲍菇形状不规则，且菌盖与菌柄的生长方向通常不一致，整体对称性低。本研究基于RGB-D相机采集单视角RGB图及深度图，以获取更加详细的杏鲍菇形状信息，采用蒙特卡洛方法和改进的圆盘拟合法分别计算菌盖和菌柄的体积，并结合杏鲍菇规格大小针对菌柄颈部和根部的特点优化计算，实现了杏鲍菇体积的准确测量，为未来开发基于计算机视觉技术的杏鲍菇体积获取装备，实现快速、精准分级设备奠定了基础。本研究以198个杏鲍菇为实验材料，采用排水法测量其体积真实值。对比结果显示，本研究方法的平均绝对误差（mean absolute error）为6.61%，决定系数R2为0.9660，这表明杏鲍菇测量值与真实值间具有很强的线性关系。此外，本研究方法测量单个杏鲍菇体积仅需0.412s，而排水法则需要耗费约2分钟。为了评估本研究所搭建系统的测量重复性，对每个杏鲍菇样品拍摄10张相同的图像，并计算10次体积测量值的变异系数（the coefficient of variation）。结果显示全部杏鲍菇的平均变异系数为1.76%，说明SR300的成像功能具有良好的稳定性，同时也证明了具有一定随机性的蒙特卡洛算法对测量结果的影响也在可接受范围内。
为了验证本研究所提算法在真实的场景下的实用性，选取9个不同的位置及方向模拟杏鲍菇在流水线上的状态并分析其在不同位置上的测量误差情况。结果显示在9个位置上杏鲍菇体积测量平均绝对误差分别为6.81%、6.81%、7.32%、6.36%、7.09%、6.81%、8.18%、7.90%、8.26%，测量结果产生差异的原因可能是杏鲍菇与相机的相对位置发生改变，进而导致RGB图像中杏鲍菇的形状也发生改变。虽然杏鲍菇摆放位置对测量结果准确性影响不大。但在实际测量时还是更推荐将样品摆放在p1位置上，因为其测量结果是最稳定的，离群点更少。图3（a）图中第1,2,3行分别表示杏鲍菇位于视野中心、视野上方、视野下方的情况，1,2,3列分别表示杏鲍菇呈水平方式、45度角及负45度角放置的情况；（b）9个位置下的杏鲍菇测量结果考虑到上述实验中杏鲍菇均是带有主观性的人为摆放，而在工厂化生产流水线中杏鲍菇位置、角度，甚至朝向相机的侧面都是不可预测的。为了进一步验证这种随机性是否会对测量结果产生影响，选取162个杏鲍菇，模拟实际工厂中传送机构任意抛出杏鲍菇使其掉落在相机视野范围内，当其保持静止不动时采集图像，该过程重复20次。结果显示，绝大部分杏鲍菇的测量结果准确度的平均值高于80%， MAE（8.92%）仅比最佳拍照位置p1得到的测量准确度低2.14%。尽管MAE仍满足测量准确度的需求，但较高的CV值（6.72%）说明随机状态下的测量结果稳定性较差。此外，本研究筛选出90个杏鲍菇，其20次随意抛出后的落地状态包含一种特殊情况，即落地位置与最佳拍照位置p1基本重合，但杏鲍菇朝向相机的侧面（反面）和测量准确性实验中人为摆放的测量（正面）不同。测量结果如图5所示，x轴和y轴分别表示杏鲍菇正面和反面的体积测量结果，高达0.9757的R2说明在摆放位置固定的前提下，杏鲍菇的状态对体积测量结果影响较小。图4 杏鲍菇状态对测量结果的影响（a）每个杏鲍菇测量结果的变异系数和准确率（b）12个测量准确率较差的杏鲍菇的20次测量结果可视化本研究提出了一种基于单视图的杏鲍菇体积测量算法，通过蒙特卡洛算法和改进后的圆盘拟合算法分别计算菌盖与菌柄体积，并针对菌柄颈部和根部的形状进行算法优化。共计198个杏鲍菇用于验证算法的测量准确性、重复性、鲁棒性，在最佳位置上的杏鲍菇体积测量结果的MAE仅为6.61%，说明本研究算法可以快速、准确地测量杏鲍菇体积，能够为未来开发基于计算机视觉技术的杏鲍菇体积获取装备，实现快速、精准分级设备奠定了基础。江西农业大学食用菌表型组学团队殷华副教授为论文通讯作者，硕士研究生罗珊为论文第一作者。本研究得到了国家自然科学基金（62362039）项目的资助。通讯作者及研究团队简介：殷华，男，博士，副教授，硕士生导师。研究团队致力于基于计算机视觉的食用菌表型参数高通量提取相关理论研究及推广应用工作。在食用菌表型参数提取算法、表型提取装备研发等方面取得了丰硕的成果。承担了国家自然科学基金、中央引导地方科技发展资金，江西省自然科学基金等项目，已在国内外期刊上发表相关研究论文10余篇，获国家发明专利5项。
About Scientia HorticulturaeScientia Horticulturae属农林科学Top期刊，由Elsevier出版社出版，发表果树、蔬菜、观赏植物和食用菌生产等与园艺有关（栽培、育种、生物化学、组织培养、营养学、植物生理学、植物病理学等)的原创论文，综述和短讯等。CiteScore：8.6 ,期刊影响因子：3.9。2023年中科院期刊分区，中科院大类：农林科学2区，Top期刊；中科院小类：园艺2区。JCR分区：Q1 （6/115 Horticulture）。
