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        CCD相機(jī)與Digimizer軟件在蜜蜂形態(tài)特征拍照和測(cè)定中的應(yīng)用

        2023-01-25 02:28:00王遂林賴康任明顯黃枳腱王順海水碧波唐承建舒長斌王斌楊明顯
        中國蜂業(yè) 2022年11期
        關(guān)鍵詞:參照物標(biāo)尺器官

        王遂林 賴康 任明顯 黃枳腱 王順海 水碧波 唐承建 舒長斌 王斌 楊明顯 │文

        1 四川省蜂業(yè)管理站,成都 610041;2 馬爾康市農(nóng)業(yè)畜牧局,624000;3 青川縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局,628100;4 四川農(nóng)業(yè)大學(xué),成都611130

        一、引言

        在蜜蜂種質(zhì)資源評(píng)價(jià)工作中,需要對(duì)蜜蜂的形態(tài)特征進(jìn)行精準(zhǔn)鑒定,主要測(cè)定工蜂的喙長、翅長寬等長度指標(biāo),翅脈角等角度指標(biāo),及蜂王體色、背板、上唇等色度指標(biāo)[1]。按照第三次全國畜禽遺傳資源普查蜜蜂形態(tài)特征測(cè)定要求[2],需對(duì)各蜜蜂種質(zhì)資源“三型蜂”個(gè)體和工蜂的吻、背板、腹板、翅、足等解剖器官進(jìn)行高清拍照,利用測(cè)量軟件對(duì)長度、角度等指標(biāo)進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)定,根據(jù)色型圖譜完成色度指標(biāo)比對(duì)。

        當(dāng)前,三型蜂個(gè)體拍攝,一般采用“微距+修圖”方式獲得符合要求的照片,必須具備高超級(jí)技術(shù)的專業(yè)攝影師才能完成,該方法不僅對(duì)拍攝技術(shù)要求高,而且耗時(shí)費(fèi)力,且圖片自然度較差。而在國內(nèi)蜜蜂育種和保種工作中,均采用微小形態(tài)測(cè)定系統(tǒng)對(duì)蜜蜂進(jìn)行形態(tài)特征拍照和測(cè)定[3,4]。該軟件系統(tǒng)有進(jìn)口和國產(chǎn)兩種,主要存在價(jià)格高昂、系統(tǒng)穩(wěn)定性不高、照片清晰度差、系統(tǒng)更新無保障等問題。

        為了提高蜜蜂保種、育種、精準(zhǔn)鑒定等工作的效率,我們團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)將工業(yè)CCD 相機(jī)配合顯微鏡用于蜜蜂拍照,獲得清晰度更高的蜜蜂個(gè)體和器官照片,將在特定標(biāo)尺下拍攝的照片導(dǎo)入Digimizer 測(cè)量軟件,便可對(duì)蜜蜂形態(tài)指標(biāo)進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量。經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用,不斷探索、優(yōu)化操作技巧,形成較為規(guī)范的操作流程和方法。該方法不僅保證蜜蜂形態(tài)特征拍照和測(cè)定的精準(zhǔn)度更高,而且操作簡(jiǎn)便、成本更低、效率更高。本文將對(duì)CCD 相機(jī)、Digimizer 測(cè)量軟件的使用及蜜蜂形態(tài)特征拍照和測(cè)定的方法進(jìn)行全面介紹。

        二、硬件與軟件參數(shù)介紹

        1.CCD相機(jī)與顯微鏡

        CCD 相機(jī)2000 萬像素以上,0.25×-0.7×目鏡,0.7×-4.5×連續(xù)變焦物鏡,大底座調(diào)焦大支架,Type-c接口線,LED 可調(diào)光源,HDMI 數(shù)據(jù)線,U 盤或TF 卡、顯示器連接組裝(圖1~3)。

        圖1 設(shè)備組合示意圖

        圖2 簡(jiǎn)易顯微裝置

        圖3 CCD相機(jī)

        2.Digimizer軟件

        Digimizer 軟件是一款專業(yè)的圖像測(cè)量工具,支持JPG、GIF、TIFF、BMP、PNG、WMF 和EMF 等多種格式圖片,支持對(duì)圖像的長度、角度、面積等進(jìn)行手工精確測(cè)量。該軟件測(cè)量原理:通過測(cè)定圖片像素點(diǎn)的數(shù)量長度,與標(biāo)尺像素點(diǎn)數(shù)進(jìn)行換算,得到物體的實(shí)際長度。因此,在同一倍數(shù)下拍攝的照片,不會(huì)因照片的放大或縮小影響測(cè)定結(jié)果。該軟件有中文版和英文版,主要功能基本相同。

        三、操作流程與方法

        1.蜜蜂個(gè)體拍照方法

        (1)拍照前準(zhǔn)備

        抓取與處理蜜蜂:用王籠分別抓取蜂王、工蜂、雄蜂,并單獨(dú)關(guān)放,工蜂、雄蜂可抓多只。常溫低于20℃時(shí),可將蜜蜂放置在陰涼處靜置8~10 分鐘;常溫高于20℃時(shí),需將蜜蜂放冰箱或用冰袋冷凍3~5 分鐘,冷凍過程中注意避免水汽打濕蜜蜂身體。當(dāng)蜜蜂趨于平靜、行動(dòng)遲緩后用于拍照。

        調(diào)試顯微拍照設(shè)備:用死蜂或蜜蜂大小相當(dāng)?shù)奈锛鳛閰⒄?,通過顯示屏觀察調(diào)節(jié)好放大倍數(shù)和焦距等參數(shù),使蜜蜂個(gè)體全部呈現(xiàn)在顯示器屏幕內(nèi)。

        麻醉蜜蜂:若蜜蜂冷凍處理效果不好,可再使用純度90%的CO2以10~15 個(gè)/秒的氣泡速度通過洗氣瓶對(duì)蜜蜂進(jìn)行麻醉,一般麻醉時(shí)間控制在5 秒左右,麻醉時(shí)間過長容易將蜜蜂熏死,如蜜蜂蘇醒后仍比較活躍,可進(jìn)行重復(fù)麻醉。

        (2)拍攝照片

        此過程兩人配合操作,即一人將麻醉并能保持穩(wěn)定的蜜蜂放置到顯微鏡下,微調(diào)顯微鏡至屏幕顯示畫面清晰,待蜜蜂半蘇醒后,用鑷子或小毛刷輕觸調(diào)整蜜蜂的足、翅、腹部等以便蜜蜂達(dá)到良好拍照姿態(tài),另一人通過屏幕觀察并控制CCD 進(jìn)行抓拍,即可獲得蜜蜂高清照片(圖4)。

        圖4 三型蜂顯微拍照俯視圖

        2.蜜蜂形態(tài)特征拍照與測(cè)定方法

        (1)測(cè)定器官制片

        按照Ruttner 于1988 年提出的蜜蜂形態(tài)指標(biāo)[5]進(jìn)行解剖制片(圖5),此過程可采用流水作業(yè)的方式,不同人負(fù)責(zé)解剖不同器官,效率更高。

        圖5 蜜蜂器官解剖制片

        (2)采集圖像

        將制片和顯微標(biāo)尺放在顯微鏡下調(diào)節(jié)視野大小及清晰度,當(dāng)兩者在同一鏡頭下都足夠清晰時(shí),拍下標(biāo)尺高清照(圖6),然后將對(duì)應(yīng)指標(biāo)進(jìn)行逐一拍照采集。根據(jù)不同器官拍照時(shí)需放大倍數(shù)的不同,將各器官分為三類設(shè)定標(biāo)尺進(jìn)行拍照,第一類為吻、右前翅、后足、第二三四背板;第二類為第四六腹板;第三類為第五背板覆毛等;另外測(cè)定色度指標(biāo)的器官,拍照時(shí)不需設(shè)定標(biāo)尺,但必須將圖片清晰度調(diào)至最佳。

        圖6 采集的標(biāo)尺和器官高清照片

        (3)測(cè)量方法

        軟件使用方法:電腦下載安裝Digimizer 軟件(中文或英文版均可),打開運(yùn)行軟件,通過文件選項(xiàng)打開圖像→調(diào)節(jié)圖像比例→選擇測(cè)量工具(長度、角度等)并測(cè)量→獲取指標(biāo)數(shù)據(jù)(圖7)。

        圖7 軟件使用說明

        數(shù)據(jù)處理方法:

        長度指標(biāo):用Digimizer 軟件對(duì)同一鏡下拍攝的標(biāo)尺和器官照片逐一打開,調(diào)整圖片至合適比例,用長度工具進(jìn)行測(cè)量,獲得對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)數(shù)值,再通過Excel 轉(zhuǎn)換即可得到測(cè)量指標(biāo)對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)。

        角度指標(biāo):針對(duì)翅膀翅脈角的測(cè)量,使用Digimizer軟件翅照片打開,放大至合適倍數(shù),直接用角度工具測(cè)量即可得到對(duì)應(yīng)角度,Excel 導(dǎo)出即可(圖8)。

        圖8 翅脈角測(cè)量結(jié)果

        測(cè)量結(jié)果精準(zhǔn)性對(duì)比研究:分別用該方法和蜜蜂微小形態(tài)測(cè)定系統(tǒng)測(cè)量200 個(gè)吻長指標(biāo)和O26 角度指標(biāo),結(jié)果使用SPSS(19.0)軟件進(jìn)行對(duì)比分析差異不顯著(P>0.05)(圖9),說明使用該方法測(cè)定數(shù)據(jù)精準(zhǔn)可靠。

        圖9 該方法測(cè)得長度和角度指標(biāo)對(duì)比

        3.封蓋子脾拍照與數(shù)量測(cè)定方法

        (1)封蓋子脾拍照:將蜂群子脾提起,抖落工蜂后,在脾面放置參照物,并使用手機(jī)或數(shù)碼相機(jī)與脾面保持水平進(jìn)行高清拍照,獲得待測(cè)照片,并按群號(hào)分別存檔待測(cè),每11 天拍照一次。

        (2)參照物對(duì)應(yīng)巢房孔數(shù):將參照物放置多張不同巢脾子脾區(qū)域數(shù)對(duì)應(yīng)巢房孔數(shù),然后對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均,即可作為參照物對(duì)應(yīng)巢房孔數(shù)。

        (3)使用Digimizer 軟件“區(qū)域面積”工具對(duì)巢脾封蓋子和參照物進(jìn)行面積測(cè)定,獲得區(qū)域面積數(shù)據(jù)(圖10)。用“封蓋子脾面積/參照物面積×參照物對(duì)應(yīng)巢房孔”,即可得到封蓋子數(shù)量。

        圖10 利用面積法測(cè)定封蓋子數(shù)

        (4)測(cè)量時(shí)要注意,如脾面出現(xiàn)部分未封蓋或空巢房,需在測(cè)量封蓋子區(qū)域面積時(shí)人為判斷插空取舍。

        四、該方法的優(yōu)點(diǎn)

        1.成本低

        CCD 相機(jī)與配套的測(cè)量軟件的價(jià)格不到現(xiàn)有蜜蜂微小形態(tài)測(cè)定系統(tǒng)的5%,節(jié)約費(fèi)用95%以上。

        2.穩(wěn)定性高

        CCD 相機(jī)、Digimizer 軟件已經(jīng)長期、廣泛應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域,在圖像采集過程中CCD 運(yùn)行穩(wěn)定,指標(biāo)測(cè)量時(shí)軟件操作便捷,不會(huì)出現(xiàn)卡頓、死機(jī)等現(xiàn)象。

        3.圖片清晰度高

        CCD 相機(jī)像素高,在顯微鏡輔助下可以使蜜蜂的絨毛放大倍數(shù)更大,使蠟鏡等邊界模糊的器官更加高清,降低了測(cè)定起始點(diǎn)選點(diǎn)難度,提高了測(cè)定精度。

        4.封蓋子計(jì)數(shù)更高效

        該方法估算標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)一致,雖仍需要人為估計(jì)子脾邊界,但與純粹人為計(jì)數(shù)方式相比,該方法不用邊數(shù)邊記,視覺疲勞程度低,數(shù)據(jù)可自動(dòng)保存和導(dǎo)出,更加準(zhǔn)確、高效。

        5.測(cè)定效率更高

        Digimizer 軟件的安裝非常方便,可對(duì)CCD 相機(jī)、普通相機(jī)、手機(jī)拍攝的不同格式照片進(jìn)行導(dǎo)入測(cè)量。在任意電腦上安裝Digimizer 軟件后,多人同時(shí)進(jìn)行測(cè)量,極大提高了工作效率。

        6.數(shù)據(jù)存檔更便捷

        該方法可將測(cè)定數(shù)據(jù)同時(shí)以圖片數(shù)據(jù)和Excel 數(shù)據(jù)同時(shí)導(dǎo)出保存,便于后期查詢、使用。

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