專利名稱：一種基于數(shù)碼圖像技術(shù)的葉片面積分析方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種葉片面積的分析方法，具體地說是涉及一種基于數(shù)碼圖像技術(shù)的
葉片面積分析方法。本發(fā)明還涉及一種用于所述分析方法的葉片面積分析裝置。
背景技術(shù)：
葉片是植被進行光合作用合成有機物的重要器官，葉片面積的大小是衡量植株群 體的生長狀況和光能利用率的重要指標，適當(dāng)?shù)娜~片面積指數(shù)為合理密植并獲得高產(chǎn)提供 了理論基礎(chǔ)，準確測定葉片面積也是建立植株生長模型的前提。因此，如何能簡便、快速、準 確、非破壞性的測定葉片面積，在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐中和對于建立植株數(shù)字化生長模型 都有著重要的意義?，F(xiàn)有的葉片面積測定方法主要有破壞性和非破壞性兩種。
(1)破壞性葉片面積測定方法 破壞性葉片面積測定方法必須在采摘葉片后進行測定，這樣不僅取樣不方便，破
壞植物體，而且還要花費大量的時間，也無法對同一葉片進行動態(tài)測定。具體的方法有
a、方格法 把葉片整體輪廓描在準備好的、繪制有一定邊長的方格計算紙上，統(tǒng)計葉片輪廓 所占據(jù)的方格數(shù)。在統(tǒng)計方格數(shù)時規(guī)定如果葉片輪廓邊緣覆蓋了方格面積的二分之一以 上，按一個方格統(tǒng)計；如果葉片輪廓邊緣所覆蓋的方格面積不足方格的二分之一以上，則舍 去不予統(tǒng)計。最后把葉片所占的方格數(shù)進行統(tǒng)計，求出所有方格的面積之和，即為葉片的面 積。這種方法的精度受到方格大小的影響，方格越小，精度越高，但同時帶來很大的工作量； 方格面積取得較大時，雖然可以減少工作量，但是測量精度比價低。另外，該方法對不規(guī)則 的葉片測量更為困難。
b、稱重法 稱重法大致可以分為兩種。 一種是采用質(zhì)地均勻的標準紙，分析得到標準紙的單 位重量面積；然后將葉片平鋪覆蓋在標準紙上，沿著葉片邊緣剪下標準紙(或者復(fù)印得到 葉片輪廓在標準紙上的投影，沿著投影線剪下標準紙)，用電子天平測量剪下標準紙的重 量，用測量得到的標準紙重量乘以標準紙的單位重量面積，得到葉片的重量。另一種是基于 相近葉位葉片的比葉重(單位面積下的葉片質(zhì)量)相對穩(wěn)定的原理，通過預(yù)先測定采樣區(qū) 部分葉片的葉面積與這些葉片相應(yīng)的干重的比值得到比葉重；然后通過測量得到被測葉片 的干重，再換算得到相應(yīng)葉片的面積，這種方法在一定程度上可以減少工作量。第一種稱重 法的測量精度受到標準紙剪裁精度的影響，第二種稱重法的測量精度與葉片比葉重的變異 程度相關(guān)。 c、像素掃描法 把測定的葉片采摘下來后，通過掃描儀掃描測定葉片與標準參照物所占的像素； 通過其他輔助方法或軟件，如Photoshop、 Matlab等方法，分別獲取兩者的像素；通過參考 標準計算得到一個像素所占的面積，然后以該值與葉片所占像素個數(shù)的乘積作為葉片的面 積。這種方法可以精確測量得到葉片面積，但是需要把葉片采摘下來，同時還需要對掃描的圖像進行分割、去噪等操作，因而測量步驟比較繁雜。
(2)非破壞性葉片面積測定方法 非破壞性葉片面積測定方法可以在不損害葉片的前提下，連續(xù)對葉片面積進行測 定，主要方法有
a、回歸法 這種方法通常是根據(jù)不同葉片的特征，選取葉片的幾個關(guān)鍵特征數(shù)值，建立這些
特征數(shù)值與被測葉片面積間的函數(shù)回歸關(guān)系，而實現(xiàn)對葉片的非破壞測定。如一般情況下
選擇若干將要測定的葉片，分別測定葉片的面積、長和寬，建立葉片長與寬的乘積作為自變
量、葉片面積作為依變量的回歸方程，來實現(xiàn)對預(yù)測葉片面積的估算。這種方法可以在不損
害葉片的條件下動態(tài)測定葉片的面積。這種方法需要在測量前事先測量大量葉片建立回歸
方程，而且測量誤差較大。 b、數(shù)碼相機圖像法 這種方法可以在不損害葉片的條件下進行葉片面積的測量。但是這種方法與像素 掃描法類似，需要很多輔助的工作，需要采用圖像處理軟件對圖像進行的裁剪、去噪等，工 作量較大，操作過程繁雜。
c、光電葉面積儀器法 雖然測量比較快速，但測量結(jié)果很容易受外界環(huán)境的影響，穩(wěn)定性差，而且光電葉 面積測量儀器價格昂貴，維修困難。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點，提供一種基于數(shù)碼圖像技術(shù)的 葉片面積分析方法，以快速、無損測定葉片面積。 提供一種用于該葉片面積分析方法的分析裝置，是本發(fā)明的另一發(fā)明目的。
本發(fā)明的基于數(shù)碼圖像技術(shù)的葉片面積分析方法包括以下步驟
a、準備一塊測定板，以一種與被測葉片顏色相區(qū)別的顏色在該測定板上圈出一個 封閉的測定帶，將測定帶內(nèi)的區(qū)域作為測定區(qū)域； b、在測定區(qū)域內(nèi)標記出一塊其顏色區(qū)別于測定帶以及被測葉片顏色且已知面積 為Ss的標定物； c、將被測葉片放置在測定區(qū)域內(nèi)標定物的臨近位置進行成像，獲取包含有被測葉 片和標定物的測定區(qū)域的完整數(shù)碼照片； d、分別讀取測定帶顏色的色彩模式RGB值、標定物顏色的色彩模式RGB值以及被 測葉片顏色的色彩模式RGB值； e、遍歷數(shù)碼照片圖像，根據(jù)RGB值識別標定物、被測葉片，統(tǒng)計出標定物及被測葉 片在該數(shù)碼照片中所占的像素Ns和像素& ;
f、按照以下公式計算出被測葉片的面積 其中，Ss為標定物的面積； Ns為標定物在數(shù)碼照片中所占的像素；
&為被測葉片在數(shù)碼照片中所占的像素。 其中，識別并統(tǒng)計標定物和被測葉片所占像素的具體方法是遍歷數(shù)碼照片圖像， 當(dāng)檢測到標定物顏色的GRB值時，以該點向圖像上、下、左、右四個方向移動，再讀取在各方 向上移動時的各像素點的RGB值，檢測到測定帶顏色的RGB值時，停止在該方向的檢測；最 后統(tǒng)計出標定物及被測葉片在該數(shù)碼照片中所占的像素。 上述方法中，數(shù)碼照片圖像的識別與自動分析統(tǒng)計是采用VC++面向?qū)ο蟮木幊谭?法來實現(xiàn)的，該技術(shù)為已知的現(xiàn)有技術(shù)。 本發(fā)明還提供了一種用于上述基于數(shù)碼圖像技術(shù)的葉片面積分析方法的分析裝 置，該裝置包括有一塊測定板，在測定板上圈有一個封閉的測定帶，測定帶的顏色區(qū)別于被 測葉片顏色，在測定帶封閉區(qū)域內(nèi)標記有一塊顏色區(qū)別于測定帶及被測葉片顏色，且面積 已知的標定物。 所述的測定帶可以是方形、圓形、不規(guī)則圖形等各種形狀，只要能形成一個封閉的 測定區(qū)域即可。 同時，本發(fā)明的葉片面積分析裝置還可以包括一個透明塑料片，所述的透明塑料 片與測定板的一邊活動連接。 本發(fā)明的葉片面積分析方法主要利用了現(xiàn)有技術(shù)中的數(shù)碼圖像自動識別技術(shù)，通
過測定區(qū)域內(nèi)的標定物準確地在測定區(qū)域中識別到被測葉片，進而統(tǒng)計出標定物以及被測
葉片在該數(shù)碼照片中所占的像素，再根據(jù)公式計算得到被測葉片的面積，可以快速地一次
完成多個被測葉片的圖像分析，而且測量精度高，后期工作量小。 本發(fā)明的葉片面積分析裝置結(jié)構(gòu)簡單，制作容易，葉片的采集也比較容易。
圖1是本發(fā)明的葉片面積分析裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
通過下面給出的具體實施例可以進一步清楚地了解本發(fā)明，但下述實施例不是對
本發(fā)明的限定。
實施例1 —種基于數(shù)碼圖像技術(shù)的葉片面積分析裝置如圖l所示，包括一塊尺寸為 lOcmX 10cm的測定板1，以及一塊活動連接在測定板一邊的尺寸lOcmX 10cm的透明塑料片 5。 在測定板1上圈有一個直徑為8cm的圓形紅顏色測定帶2 ;在測定帶2內(nèi)設(shè)有一 個黃顏色的面積為2cmX2cm的標定物3，該標定物3的面積與被測苜蓿葉片的面積相近。
將被測苜蓿葉片4放置在測定帶2內(nèi)標定物3的臨近位置進行成像，獲取包含被 測苜蓿葉片的hXw的數(shù)碼照片。 讀取測定帶紅顏色的色彩模式RGB值、標定物黃顏色的色彩模式RGB值以及被測 苜蓿葉片綠顏色的色彩模式RGB值，賦予圖像處理程序，作為程序的初始化。上述RGB值作 為下述自動識別與判斷的臨界值。 從0->w和0_>h遍歷數(shù)碼圖像，如果像素的R、 G與B值與標定物黃顏色的R、 G與B值之差小于規(guī)定的相對誤差，如0. 1%，則識別到標定物，記錄該像素點為第一識別點。
以第一識別點為中心，進行標定物與被測苜蓿葉片所占像素的統(tǒng)計以第一識別 點為中心，向其所在的位置點的8個方向逐個像素移動，讀取8個方向上各像素的R、G與B 值；如果某一像素的R、 G與B值與測定帶紅顏色的R、 G與B值之差小于規(guī)定的相對誤差， 如0. 1 % ，則停止在該像素方向的移動。 如果像素的R、 G與B值與標定物黃顏色的R、 G與B值之差小于規(guī)定的相對誤差， 如O. 1%，則統(tǒng)計一次標定物所占的像素；如果像素的R、G與B值與被測苜蓿葉片綠顏色的 R、G與B值之差小于規(guī)定的相對誤差，如0. 1%，則統(tǒng)計一次被測苜蓿葉片所占的像素。
按照上述方法統(tǒng)計得到標定物所占的像素數(shù)Ns與被測苜蓿葉片所占的像素數(shù)^。
根據(jù)事先設(shè)定的標定物真實面積Ss，即2cmX2cm，以下述公式計算出被測苜蓿葉 片的面積S。&=#.A^ 。
實施例2 葉片面積分析裝置包括一塊尺寸為15cmX 15cm的測定板1，以及一塊活動連接在 測定板一邊的尺寸15cmX 15cm的透明塑料片5。 在測定板1上圈有一個邊長為13cm的正方形黃顏色測定帶2 ;在測定帶2內(nèi)設(shè)有 一個藍顏色的面積為5cmX 5cm的標定物3，該標定物3的面積與被測大豆葉片的面積相近。
將被測大豆葉片4放置在測定帶2內(nèi)標定物3的臨近位置進行成像，獲取包含被 測大豆葉片的hXw的數(shù)碼照片。 讀取測定帶黃顏色的色彩模式RGB值、標定物藍顏色的色彩模式RGB值以及被測 大豆葉片綠顏色的色彩模式RGB值，賦予圖像處理程序，作為程序的初始化。上述RGB值作 為下述自動識別與判斷的臨界值。 從0->w和0->h遍歷數(shù)碼圖像，如果像素的R、 G與B值與標定物藍顏色的R、 G與 B值之差小于規(guī)定的相對誤差，如0. 1%，則識別到標定物，記錄該像素點為第一識別點。
以第一識別點為中心，進行標定物與被測大豆葉片所占像素的統(tǒng)計以第一識別 點為中心，向其所在的位置點的8個方向逐個像素移動，讀取8個方向上各像素的R、G與B 值；如果某一像素的R、 G與B值與測定帶黃顏色的R、 G與B值之差小于規(guī)定的相對誤差， 如0. 1 % ，則停止在該像素方向的移動。 如果像素的R、 G與B值與標定物藍顏色的R、 G與B值之差小于規(guī)定的相對誤差， 如O. 1%，則統(tǒng)計一次標定物所占的像素；如果像素的R、G與B值與被測大豆葉片綠顏色的 R、G與B值之差小于規(guī)定的相對誤差，如0. 1%，則統(tǒng)計一次被測大豆葉片所占的像素。
按照上述方法統(tǒng)計得到標定物所占的像素數(shù)Ns與被測大豆葉片所占的像素數(shù)^。
根據(jù)事先設(shè)定的標定物真實面積Ss，即5cmX5cm，以實施例1公式計算出被測大 豆葉片的面積S^。
實施例3 葉片面積分析裝置包括一塊尺寸為35cmX35cm的測定板1，以及一塊活動連接在 測定板一邊的尺寸35cmX 35cm的透明塑料片5。 在測定板1上圈有一個邊長為33cm的正方形藍顏色測定帶2 ;在測定帶2內(nèi)設(shè)有
6一個紫顏色的面積為10cmX 10cm的標定物3，該標定物3的面積與被測葡萄葉片的面積相 近。 將被測葡萄葉片4放置在測定帶2內(nèi)標定物3的臨近位置進行成像，獲取包含被 測葡萄葉片的hXw的數(shù)碼照片。 讀取測定帶藍顏色的色彩模式RGB值、標定物紫顏色的色彩模式RGB值以及被測 葡萄葉片綠顏色的色彩模式RGB值，賦予圖像處理程序，作為程序的初始化。上述RGB值作 為下述自動識別與判斷的臨界值。 從0->w和0_>h遍歷數(shù)碼圖像，如果像素的R、 G與B值與標定物紫顏色的R、 G與 B值之差小于規(guī)定的相對誤差，如0. 1%，則識別到標定物，記錄該像素點為第一識別點。
以第一識別點為中心，進行標定物與被測葡萄葉片所占像素的統(tǒng)計以第一識別 點為中心，向其所在的位置點的8個方向逐個像素移動，讀取8個方向上各像素的R、G與B 值；如果某一像素的R、 G與B值與測定帶藍顏色的R、 G與B值之差小于規(guī)定的相對誤差， 如0. 1 % ，則停止在該像素方向的移動。 如果像素的R、 G與B值與標定物紫顏色的R、 G與B值之差小于規(guī)定的相對誤差， 如O. 1%，則統(tǒng)計一次標定物所占的像素；如果像素的R、G與B值與被測葡萄葉片綠顏色的 R、G與B值之差小于規(guī)定的相對誤差，如0. 1%，則統(tǒng)計一次被測葡萄葉片所占的像素。
按照上述方法統(tǒng)計得到標定物所占的像素數(shù)Ns與被測葡萄葉片所占的像素數(shù)^。
根據(jù)事先設(shè)定的標定物真實面積Ss，即10cmX 10cm，以實施例1公式計算出被測 葡萄葉片的面積&。
權(quán)利要求
一種基于數(shù)碼圖像技術(shù)的葉片面積分析方法，包括以下步驟a、準備一塊測定板，以一種與被測葉片顏色相區(qū)別的顏色在該測定板上圈出一個封閉的測定帶，將測定帶內(nèi)的區(qū)域作為測定區(qū)域；b、在測定區(qū)域內(nèi)標記出一塊其顏色區(qū)別于測定帶以及被測葉片顏色且已知面積為SS的標定物；c、將被測葉片放置在測定區(qū)域內(nèi)標定物的臨近位置進行成像，獲取包含有被測葉片和標定物的測定區(qū)域的完整數(shù)碼照片；d、分別讀取測定帶顏色的色彩模式RGB值、標定物顏色的色彩模式RGB值以及被測葉片顏色的色彩模式RGB值；e、遍歷數(shù)碼照片圖像，根據(jù)RGB值識別標定物、被測葉片，統(tǒng)計出標定物及被測葉片在該數(shù)碼照片中所占的像素NS和像素NL；f、按照以下公式計算出被測葉片的面積 <mrow><msub> <mi>S</mi> <mi>L</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <msub><mi>S</mi><mi>S</mi> </msub> <msub><mi>N</mi><mi>S</mi> </msub></mfrac><mo>·</mo><msub> <mi>N</mi> <mi>L</mi></msub> </mrow>其中，SS為標定物的面積；NS為標定物在數(shù)碼照片中所占的像素；NL為被測葉片在數(shù)碼照片中所占的像素。
2. 用于權(quán)利要求l所述分析方法的葉片面積分析裝置，包括有一塊測定板(l)，在測定板(1)上圈有一個封閉的測定帶(2)，測定帶(2)的顏色區(qū)別于被測葉片(4)顏色，在測定帶(2)封閉區(qū)域內(nèi)標記有一塊顏色區(qū)別于測定帶(2)及被測葉片(4)顏色，且面積已知的標定物(3)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的葉片面積分析裝置，其特征是還包括一個透明塑料片(5)，所述的透明塑料片(5)與測定板(1)的一邊活動連接。
全文摘要
一種基于數(shù)碼圖像技術(shù)的葉片面積分析方法及其裝置，是在測定板上以一種顏色圈出一個封閉的測定帶，將測定帶內(nèi)的區(qū)域作為測定區(qū)域；在測定區(qū)域內(nèi)標記出一塊面積已知的標定物；測定帶顏色、標定物顏色與被測葉片顏色相互區(qū)別；將被測葉片放置在測定區(qū)域內(nèi)標定物的臨近位置進行成像，獲取測定區(qū)域的完整數(shù)碼照片；讀取測定帶顏色、標定物顏色以及被測葉片顏色的色彩模式RGB值；遍歷數(shù)碼照片圖像，根據(jù)RGB值識別標定物、被測葉片，統(tǒng)計出標定物及被測葉片在該數(shù)碼照片中所占的像素，計算出被測葉片的面積。本發(fā)明的葉片面積分析方法可以快速地一次完成多個被測葉片的圖像分析，而且測量精度高，后期工作量小。
文檔編號G01B11/28GK101713641SQ20091007568
公開日2010年5月26日 申請日期2009年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月9日
發(fā)明者劉建寧, 張吳平, 石永紅, 端允 申請人:山西農(nóng)業(yè)大學(xué);山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所