Método para el análisis de imagen digital del maíz.

Un método de evaluación de granos en una mazorca de maíz empleando imágenes digitales,

que comprende las etapas de:

adquirir (40) una imagen digital de la mazorca de maíz a partir de una primera fuente, en donde la imagen digital de la mazorca de maíz (14) se adquiere bajo condiciones de iluminación controladas;

procesar (42) la imagen digital para determinar estimaciones de propiedades físicas de la mazorca de maíz (14) a partir de la imagen digital, en donde las propiedades físicas incluyen propiedades físicas suficientes para determinar un rendimiento por mazorca, incluyendo determinar una estimación de los granos por mazorca en donde el procesamiento (42) incluye la identificación de cada grano en la mazorca de maíz, en donde la identificación de cada grano en la mazorca de maíz (14) se realiza aplicando un filtro de borde y un filtro espectral; y

evaluar (46) la mazorca de maíz (14) a partir de la primera fuente usando las estimaciones de las propiedades físicas de la mazorca de maíz (14).

Método para el análisis de imagen digital del maíz

Antecedentes de la invención El conocimiento de los fitogenetistas y la información publicada sugieren que la estabilidad del rendimiento de los genotipos frente a diferentes ambientes puede estar asociado positivamente con una mayor estabilidad del rendimiento dentro de las parcelas. La tecnología actual de las cosechadoras proporciona un rendimiento promedio por parcela y no permite la cuantificación de las diferencias entre plantas dentro de la parcela. Anteriormente a esta invención, los fitogenetistas podrían evaluar cualitativamente la estabilidad dentro de la parcela empleando métodos visuales. Este método subjetivo es difícil de estandarizar y depende del conocimiento y experiencia del fitogenetista. Alternativamente, las mazorcas podrían cosecharse a mano, desgranarse individualmente, pesarse y podrían contarse los granos. Este método manual es tan laborioso como para que sea prohibitivo en experimentos que implican grandes poblaciones de mejoramiento. Se necesitan métodos y sistemas mejorados.

CHI-REN SHYU ET AL: "Image Analysis for Mapping Immeasurable Phenotypes in Maize" [Life Sciences]", IEEE SIGNAL PROCESSING MAGAZINE, IEEE SERVICE CENTER, PISCATAWAY, NJ, US, vol. 24, no. 3, 1 de Mayo de 2007 (2007-05-01) , páginas 115-118, describe el análisis de imagen de hojas para detectar enfermedad.

JIA J.: "Seed maize quality inspection with machine vision", SPIE-COMPUTER VISION FOR INDUSTRY, vol. 1989, 1993, páginas 288-295, describe una máquina de inspección que detecta granos perdidos en las mazorcas de maíz.

JP 4-145309 describe el análisis de imagen de la textura del maíz para indicar el estado de disposición de los granos individuales del maíz.

US 6.418.180 describe un método para el recuento de objetos de tamaño sustancialmente uniforme e incluye las etapas de obtener una imagen de objetos de tamaño sustancialmente uniforme, analizar la imagen para determinar el área total de los objetos en la imagen y el tamaño medio de los objetos, y determinar un recuento de los objetos a partir del área total de los objetos y del tamaño medio de los objetos.

Breve compendio de la invención La presente invención proporciona un método para evaluar granos en una mazorca empleando imágenes digitales, definido en la reivindicación 1 adjunta.

La estimación de la al menos una propiedad física se puede usar para identificar características de interés que se pueden incorporar en un programa de fitomejoramiento, usar para evaluar enfermedades, usar para caracterizar germoplasma, o para otros propósitos.

Breve descripción de los dibujos La FIG. 1 es un diagrama de bloques de un sistema. La FIG. 2 es un diagrama de bloques de un sistema integrado en una combinación recolectora-desgranadora. La FIG. 3 es una imagen digital de cinco mazorcas de maíz separadas. La FIG. 4 es una representación de la FIG. 3 después de que haya sido seleccionada el área de granos llenos de cada una de las mazorcas.

La FIG. 5 es una representación de la FIG. 3 después de que se hayan aplicado un filtro de borde y un filtro espectral. La FIG. 6 es una representación de la FIG. 3 después de que se haya aplicado un filtro espectral grande. La FIG. 7 es una imagen de una mazorca de maíz que indica un eje mayor y un eje menor. La FIG. 8 es un gráfico que ilustra la regresión de 1.500 genotipos de granos digitales por mazorca. La FIG. 9 es un gráfico que ilustra la regresión de 630 mazorcas individuales por rendimiento frente al área digital de granos llenos. La FIG. 10 es un gráfico que indica la proporción de plantas reprimidas. La FIG. 11 es un gráfico que ilustra la relación entre granos por mazorca bajo estrés y la proporción de plantas reprimidas. La FIG. 12 es un gráfico que ilustra granos por mazorca (recuento frente a la desviación típica de la longitud) .

La FIG. 13 es una imagen de una mazorca de maíz con un marca dibujada a lo largo de una hilera para su uso en la determinación de la anchura de grano. La FIG. 14 es un gráfico que ilustra distancias entre picos de intensidad espectral (marcados con "Q") que corresponden a la anchura de grano.

La FIG. 15 es un gráfico que ilustra las distribuciones del tamaño de grano dentro de una mazorca. La FIG. 16 es una imagen digital de cinco mazorcas de maíz. La FIG. 17 es una representación de la FIG. 16 donde se emplea una primera paleta para seleccionar todos los granos y generar la máxima longitud.

La FIG. 18 es una representación de la FIG. 16 donde se emplea una segunda paleta para seleccionar los granos no-abortados y generar la máxima longitud. La FIG. 19 es un diagrama de flujo de un método para evaluar una mazorca de maíz empleando imágenes digitales. La FIG. 20 es un diagrama de flujo de un método para usar procesamiento de imágenes en el cribado del maíz para determinar el maíz más propenso a presentar tolerancia al estrés y/o los menos probables a presentar tolerancia al estrés.

La FIG. 21 es un diagrama de flujo de un método de recuento de granos en una mazorca de maíz. La FIG. 22 es un diagrama de flujo de un método alternativo de recuento de granos en una mazorca de maíz con referencias a los paneles de la imagen en la FIG. 23.

La FIG. 23 es una imagen que ilustra el método de la FIG. 22 de recuento de granos en una mazorca de maíz. Las FIG. 24A-24L ilustran un ejemplo de un proceso descrito en la FIG. 22. La FIG. 25 es una ilustración del procedimiento de post-procesamiento para identificar el anillo de grano al que se inicia el aborto (es decir, anillo crítico de grano) .

La FIG. 26 es un gráfico de 1.500 líneas de mejoramiento de élite cultivadas bajo estrés que indica el recuento de granos visibles en una imagen digital frente a un recuento manual de granos por mazorca. La FIG. 27 es un gráfico de promedios de familia de líneas de mejoramiento de élite cultivadas bajo estrés que indica el recuento de granos visibles en una imagen digital frente a un recuento manual de granos por mazorca.

La FIG. 28 es un gráfico de 1.500 líneas de mejoramiento de élite cultivadas bajo estrés de floración que indica el área de granos llenos frente al rendimiento promedio por mazorca. La FIG. 29 es un gráfico de promedios de familia de líneas de mejoramiento de élite cultivadas bajo estrés que indica el área de granos llenos frente al rendimiento promedio por mazorca.

La FIG. 30 es un gráfico de 630 mazorcas individuales de híbridos comerciales cultivadas en estrés que indica el área de granos llenos frente al rendimiento promedio por mazorca. La FIG. 31 es un gráfico de 630 mazorcas individuales de híbridos comerciales cultivadas bajo condiciones de estrés que indica el recuento de granos visibles en una imagen digital frente al recuento manual de granos por mazorca.

La FIG. 32 es un gráfico de 287 parcelas de híbridos comerciales cultivados bajo condiciones de estrés que indica el área de granos llenos frente al rendimiento promedio por mazorca. La FIG. 33 es un gráfico de 287 parcelas de híbridos comerciales cultivados bajo condiciones de estrés que indica el recuento de granos visibles en una imagen digital frente al recuento manual de granos por mazorca.

La FIG. 34 es un gráfico de 1.500 parcelas de líneas de mejoramiento de élite que indica la proporción de plantas reprimidas frente al recuento de granos por mazorca. La FIG. 35 es un gráfico que indica promedios de familia de líneas de mejoramiento de élite que indica la proporción de plantas reprimidas frente al rendimiento.

Descripción detallada Según un aspecto, se pueden cuantificar características del grano y de la mazorca con un alto rendimiento con poco deterioro de la calidad de los datos. Una vez que se cuantifican las características del grano y de la mazorca, esta información se puede emplear para numerosas aplicaciones. Ejemplos de tales aplicaciones incluyen, sin limitación, identificar características de interés que pueden ser incorporadas dentro de un programa de fitomejoramiento,

evaluar enfermedades, caracterizar germoplasma para diversos fines (como determinar sus orígenes) , y otras aplicaciones.

Aunque se contemplan numerosas aplicaciones, una aplicación es proporcionar lo necesario para medir la proporción de plantas reprimidas dentro de una parcela. Esta característica ya está siendo utilizada para seleccionar tolerancia al estrés en poblaciones de mejoramiento. Esta técnica también permite la estimación directa de diversas características, como, aborto del grano, establecimiento del grano, rendimiento, números de granos por mazorca, reparto de carbono dentro de la mazorca y selección de poblaciones con tolerancia a la enfermedad a partir... [Seguir leyendo]

1. Un método de evaluación de granos en una mazorca de maíz empleando imágenes digitales, que comprende las etapas de:

adquirir (40) una imagen digital de la mazorca de maíz a partir de una primera fuente, en donde la imagen digital de la mazorca de maíz (14) se adquiere bajo condiciones de iluminación controladas;

procesar (42) la imagen digital para determinar estimaciones de propiedades físicas de la mazorca de maíz (14) a partir de la imagen digital, en donde las propiedades físicas incluyen propiedades físicas suficientes para determinar un rendimiento por mazorca, incluyendo determinar una estimación de los granos por mazorca en donde el procesamiento (42) incluye la identificación de cada grano en la mazorca de maíz, en donde la identificación de cada grano en la mazorca de maíz (14) se realiza aplicando un filtro de borde y un filtro espectral; y evaluar (46) la mazorca de maíz (14) a partir de la primera fuente usando las estimaciones de las propiedades físicas de la mazorca de maíz (14) .

2. El método de la reivindicación 1 en donde la etapa de procesamiento (42) incluye extraer de un área de grano lleno a partir de la mazorca de maíz (14) empleando una paleta de color predeterminada y aplicando un filtro a la imagen digital para realzar un centro de cada uno de los granos en la mazorca de maíz (14) , en donde opcionalmente la etapa de procesamiento incluye además recuento del número de granos en la mazorca de maíz

(14) representados en la imagen digital.

3. El método de la reivindicación 1 en donde las propiedades físicas comprenden además:

(a) un área de grano lleno; o

(b) un tamaño de grano.

4. El método de la reivindicación 1 en donde la etapa de evaluación (46) incluye comparar la mazorca de maíz

(14) en relación a otras mazorcas de maíz de una misma parcela.

5. El método de la reivindicación 1 en donde la primera fuente es una primera parcela y en donde la etapa de evaluación incluye comparar la mazorca de maíz (14) en relación con otras mazorcas de maíz de al menos una parcela adicional.

6. El método de la reivindicación 1 en donde la evaluación (46) incluye:

examen de la tolerancia al estrés, en donde las propiedades físicas incluyen una proporción de granos abortados en la mazorca; o una distribución del tamaño de grano dentro de la mazorca.

7. El método de la reivindicación 2, en donde la paleta de color predeterminada está relacionada con las condiciones controladas de iluminación o con un patrón de color colocado en la imagen digital.

8. El método de la reivindicación 3, en donde las propiedades físicas comprenden granos por mazorca y dicho método comprende además:

(a) comparar (44) los granos por mazorca con el número de granos físicos contado manualmente; o

(b) proporcionar a un usuario un resultado relacionado con los granos por mazorca.

9. El método de la reivindicación 1, en donde la evaluación (46) comprende determinar al menos una característica a partir de propiedades físicas.

10. El método de la reivindicación 9, en donde:

(a) al menos una característica incluyendo al menos una de porcentaje de la longitud de la mazorca afectada por el aborto de granos, porcentaje de área de mazorca perdida debida a la dispersión del grano, porcentaje del área total de la mazorca con granos llenos, área promedio por grano, forma de grano promedio, forma de la mazorca, número de granos totales por mazorca, y proporción de plantas reprimidas;

(b) las propiedades físicas incluyen al menos una de longitud del grano lleno de la mazorca, anchura de grano lleno de la mazorca, área de grano lleno de la mazorca, área de grano lleno de la mazorca más longitud de la mazorca de maíz, anchura del grano lleno de la mazorca más la mazorca de maíz, área de grano lleno de la mazorca más la mazorca de maíz, color de la mazorca, forma de la mazorca, densidad de color de la mazorca, área de grano, color de grano, forma del grano, recuento de granos llenos, recuento de granos abortados, longitud de grano, anchura del grano, localización del grano en la imagen, longitud de la mazorca de granos llenos, longitud de la mazorca de granos llenos y abortados, área de la mazorca de granos llenos y abortados, área de la mazorca de

granos abortados, área de evidencia de enfermedad, área de daño resultante de enfermedad, y área de daño resultante de los insectos; o (c) dicho método comprende además la incorporación de al menos una característica en un programa de fitomejoramiento.

11. El método de la reivindicación 9, en donde la al menos una característica es una característica de interés en un programa de fitomejoramiento, en donde opcionalmente la etapa de incorporación de al menos una característica en el programa de fitomejoramiento comprende:

(a) producir una línea endogámica que exprese la al menos una característica; o

(b) producir un híbrido que exprese la al menos una característica. 10 12. El método de la reivindicación 11, en donde al menos una característica comprende la tolerancia al estrés.

13. El método de la reivindicación 1, en donde la adquisición (40) de la imagen digital de al menos un grano de maíz se realiza dentro de un campo.