中国热科院椰子所在椰子无损非侵入观测技术方面取得新进展

中经联播讯 中国热科院椰子所在椰子无损非侵入观测技术方面取得新进展。首次利用先进的计算机断层扫描处理技术对椰子进行可视化和定量分析，建立了一个椰子的三维定量成像模型，对椰子果的内部发育进行无损观察，目的是通过计算椰子果实的相关组织和结构数据，研究其内部分层的生理结构，利用三维定量成像方法可以有效地捕捉椰子果实的内部发育。同时，该系统建立的椰子三维模型具有较高的精度，为椰子品种检测其胚发育等提供了强大的辅助功能，在椰子（品种及品质方面等）研究领域具有较高的实际应用价值。在此基础上，通过大数据及AI的学习可以为椰子智慧农业提供关键技术支撑。

椰子果是植物中最大核果之一，主要由椰衣、椰壳、种皮、椰肉（固体胚乳）和椰子水（液体胚乳）组成。椰壳能保护椰果，但也给观测造成了障碍，难以通过无破坏的方式观测其内部的萌发过程。CT扫描技术是一种无损非侵入的三维成像技术，近年逐步在土壤结构、植物根系、木材等农业无损检测方面应用。因此，利用 CT/MR成像技术观察椰果内部各组织结构成分、外观芽部及孔径之间的关系，并辅以数据验证影像的精确性，从而实现影像无创直观显示果内部结构与关系，为今后多模态影像技术在农业及椰子产业发展中提供重要的参考信息。

该研究以椰子为对象，通过方程拟合发现不同生长阶段的椰子结构成分的CT定量信息，与椰子的理化性质和营养价值有关，该技术可以用于椰子整个生长期的无损观察。在CT扫描图像基础上，开发了一种建立椰子三维模型的方法。使用CT轴向扫描获得一组椰子果的横断面图像；提取横截面图像组的坐标，通过阵列变换和叠加生成相应的三维点云图像；通过图像去噪处理，在绘制外表面轮廓后，即显示一个完整的椰子果三维定量模型。通过定量成像模型研究椰子果内部分层生理结构，可确定其生长模式。由此，开启了椰子无损非侵入观测研究，形成的技术可应用于植物相关检测，为椰子果等植物种子和果实筛选提供有价值的信息。其模型可以应用于智慧农业，促进产业发展。

图1 椰子三维定量成像重建

图2 三维模型效果及去噪处理（A 3D点云图像 B去噪和表面处理后的模型图）

图3 在一个椰子上显示不同结构渲染模型（包括外果皮、中果皮、内果皮、椰子苹果（吸器）、胚乳和芽）

图4 两个椰子（a，b）的结构（左列的多平面重组显示了椰子腔内的胚胎、芽和椰子苹果；在中柱和右柱中，内果皮表面有三个孔，胚胎从最大的孔中萌发）

相关研究成果分别以“Visualization and quantification of coconut using advanced computed tomography postprocessing technology”为题发表在国际学术期刊《PLOS ONE》（中科院三区，影响因子3.752），海口市人民医院林声煌技师和海南大学张雨副教授为共同第一作者，中国热带农业科学院椰子研究所孙程旭副研究员和海口市人民医院陈晶主任医师为通讯作者；“Developing non-invasive 3D quantifcational imaging for intelligent coconut analysis system with X-ray”为题发表在国际学术期刊《Plant Methods》（中科院二区，影响因子5.827），海南大学张雨副教授为第一作者，中国热带农业科学院椰子研究所孙程旭副研究员为通讯作者。相关研究成果得到海南省重点研发计划项目的支持。

供稿：中国热带农业科学院椰子研究所 作者 孙程旭