CCD相机与Digimizer软件在蜜蜂形态特征拍照和测定中的应用

王遂林 赖康 任明显 黄枳腱 王顺海 水碧波 唐承建 舒长斌 王斌 杨明显 │文

1 四川省蜂业管理站，成都 610041；2 马尔康市农业畜牧局，624000；3 青川县农业农村局，628100；4 四川农业大学，成都611130

一、引言

在蜜蜂种质资源评价工作中，需要对蜜蜂的形态特征进行精准鉴定，主要测定工蜂的喙长、翅长宽等长度指标，翅脉角等角度指标，及蜂王体色、背板、上唇等色度指标[1]。按照第三次全国畜禽遗传资源普查蜜蜂形态特征测定要求[2]，需对各蜜蜂种质资源“三型蜂”个体和工蜂的吻、背板、腹板、翅、足等解剖器官进行高清拍照，利用测量软件对长度、角度等指标进行精准测定，根据色型图谱完成色度指标比对。

当前，三型蜂个体拍摄，一般采用“微距+修图”方式获得符合要求的照片，必须具备高超级技术的专业摄影师才能完成，该方法不仅对拍摄技术要求高，而且耗时费力，且图片自然度较差。而在国内蜜蜂育种和保种工作中，均采用微小形态测定系统对蜜蜂进行形态特征拍照和测定[3,4]。该软件系统有进口和国产两种，主要存在价格高昂、系统稳定性不高、照片清晰度差、系统更新无保障等问题。

为了提高蜜蜂保种、育种、精准鉴定等工作的效率，我们团队发现将工业CCD 相机配合显微镜用于蜜蜂拍照，获得清晰度更高的蜜蜂个体和器官照片，将在特定标尺下拍摄的照片导入Digimizer 测量软件，便可对蜜蜂形态指标进行精准测量。经过实际应用，不断探索、优化操作技巧，形成较为规范的操作流程和方法。该方法不仅保证蜜蜂形态特征拍照和测定的精准度更高，而且操作简便、成本更低、效率更高。本文将对CCD 相机、Digimizer 测量软件的使用及蜜蜂形态特征拍照和测定的方法进行全面介绍。

二、硬件与软件参数介绍

1.CCD相机与显微镜

CCD 相机2000 万像素以上，0.25×-0.7×目镜，0.7×-4.5×连续变焦物镜，大底座调焦大支架，Type-c接口线，LED 可调光源，HDMI 数据线，U 盘或TF 卡、显示器连接组装（图1～3）。

图1 设备组合示意图

图2 简易显微装置

图3 CCD相机

2.Digimizer软件

Digimizer 软件是一款专业的图像测量工具，支持JPG、GIF、TIFF、BMP、PNG、WMF 和EMF 等多种格式图片，支持对图像的长度、角度、面积等进行手工精确测量。该软件测量原理：通过测定图片像素点的数量长度，与标尺像素点数进行换算，得到物体的实际长度。因此，在同一倍数下拍摄的照片，不会因照片的放大或缩小影响测定结果。该软件有中文版和英文版，主要功能基本相同。

三、操作流程与方法

1.蜜蜂个体拍照方法

（1）拍照前准备

抓取与处理蜜蜂：用王笼分别抓取蜂王、工蜂、雄蜂，并单独关放，工蜂、雄蜂可抓多只。常温低于20℃时，可将蜜蜂放置在阴凉处静置8～10 分钟；常温高于20℃时，需将蜜蜂放冰箱或用冰袋冷冻3～5 分钟，冷冻过程中注意避免水汽打湿蜜蜂身体。当蜜蜂趋于平静、行动迟缓后用于拍照。

调试显微拍照设备：用死蜂或蜜蜂大小相当的物件作为参照，通过显示屏观察调节好放大倍数和焦距等参数，使蜜蜂个体全部呈现在显示器屏幕内。

麻醉蜜蜂：若蜜蜂冷冻处理效果不好，可再使用纯度90%的CO2以10～15 个/秒的气泡速度通过洗气瓶对蜜蜂进行麻醉，一般麻醉时间控制在5 秒左右，麻醉时间过长容易将蜜蜂熏死，如蜜蜂苏醒后仍比较活跃，可进行重复麻醉。

（2）拍摄照片

此过程两人配合操作，即一人将麻醉并能保持稳定的蜜蜂放置到显微镜下，微调显微镜至屏幕显示画面清晰，待蜜蜂半苏醒后，用镊子或小毛刷轻触调整蜜蜂的足、翅、腹部等以便蜜蜂达到良好拍照姿态，另一人通过屏幕观察并控制CCD 进行抓拍，即可获得蜜蜂高清照片（图4）。

图4 三型蜂显微拍照俯视图

2.蜜蜂形态特征拍照与测定方法

（1）测定器官制片

按照Ruttner 于1988 年提出的蜜蜂形态指标[5]进行解剖制片（图5），此过程可采用流水作业的方式，不同人负责解剖不同器官，效率更高。

图5 蜜蜂器官解剖制片

（2）采集图像

将制片和显微标尺放在显微镜下调节视野大小及清晰度，当两者在同一镜头下都足够清晰时，拍下标尺高清照（图6），然后将对应指标进行逐一拍照采集。根据不同器官拍照时需放大倍数的不同，将各器官分为三类设定标尺进行拍照，第一类为吻、右前翅、后足、第二三四背板；第二类为第四六腹板；第三类为第五背板覆毛等；另外测定色度指标的器官，拍照时不需设定标尺，但必须将图片清晰度调至最佳。

图6 采集的标尺和器官高清照片

（3）测量方法

软件使用方法：电脑下载安装Digimizer 软件（中文或英文版均可），打开运行软件，通过文件选项打开图像→调节图像比例→选择测量工具（长度、角度等）并测量→获取指标数据（图7）。

图7 软件使用说明

数据处理方法：

长度指标：用Digimizer 软件对同一镜下拍摄的标尺和器官照片逐一打开，调整图片至合适比例，用长度工具进行测量，获得对应像素点数值，再通过Excel 转换即可得到测量指标对应数据。

角度指标：针对翅膀翅脉角的测量，使用Digimizer软件翅照片打开，放大至合适倍数，直接用角度工具测量即可得到对应角度，Excel 导出即可（图8）。

图8 翅脉角测量结果

测量结果精准性对比研究：分别用该方法和蜜蜂微小形态测定系统测量200 个吻长指标和O26 角度指标，结果使用SPSS（19.0）软件进行对比分析差异不显著（P＞0.05）（图9），说明使用该方法测定数据精准可靠。

图9 该方法测得长度和角度指标对比

3.封盖子脾拍照与数量测定方法

（1）封盖子脾拍照：将蜂群子脾提起，抖落工蜂后，在脾面放置参照物，并使用手机或数码相机与脾面保持水平进行高清拍照，获得待测照片，并按群号分别存档待测，每11 天拍照一次。

（2）参照物对应巢房孔数：将参照物放置多张不同巢脾子脾区域数对应巢房孔数，然后对收集到的数据进行平均，即可作为参照物对应巢房孔数。

（3）使用Digimizer 软件“区域面积”工具对巢脾封盖子和参照物进行面积测定，获得区域面积数据（图10）。用“封盖子脾面积/参照物面积×参照物对应巢房孔”，即可得到封盖子数量。

图10 利用面积法测定封盖子数

（4）测量时要注意，如脾面出现部分未封盖或空巢房，需在测量封盖子区域面积时人为判断插空取舍。

四、该方法的优点

1.成本低

CCD 相机与配套的测量软件的价格不到现有蜜蜂微小形态测定系统的5%，节约费用95%以上。

2.稳定性高

CCD 相机、Digimizer 软件已经长期、广泛应用于工业、医学等领域，在图像采集过程中CCD 运行稳定，指标测量时软件操作便捷，不会出现卡顿、死机等现象。

3.图片清晰度高

CCD 相机像素高，在显微镜辅助下可以使蜜蜂的绒毛放大倍数更大，使蜡镜等边界模糊的器官更加高清，降低了测定起始点选点难度，提高了测定精度。

4.封盖子计数更高效

该方法估算标准相对一致，虽仍需要人为估计子脾边界，但与纯粹人为计数方式相比，该方法不用边数边记，视觉疲劳程度低，数据可自动保存和导出，更加准确、高效。

5.测定效率更高

Digimizer 软件的安装非常方便，可对CCD 相机、普通相机、手机拍摄的不同格式照片进行导入测量。在任意电脑上安装Digimizer 软件后，多人同时进行测量，极大提高了工作效率。

6.数据存档更便捷

该方法可将测定数据同时以图片数据和Excel 数据同时导出保存，便于后期查询、使用。