一種便攜式植物葉片含氮量測(cè)量裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)一種便攜式植物葉片含氮量測(cè)量裝置，屬于植物葉片含氮量檢測(cè)領(lǐng)域。該裝置包括一個(gè)安裝有葉片含氮量測(cè)量軟件的手持設(shè)備（4）、一塊背景板（1）和一個(gè)標(biāo)定色塊組（2）。標(biāo)定色塊組（2）和被測(cè)植物葉片（3）分別置于背景板（1）上的不同位置，手持設(shè)備（4）位于背景板（1）的正上方。背景板（1）正面的顏色區(qū)別于被測(cè)植物葉片（3）顏色，標(biāo)定色塊組（2）固定在背景板（1）上，顏色區(qū)別于背景板（1）正面顏色及被測(cè)植物葉片（3）顏色，且顏色信息已知。該裝置通過(guò)手持設(shè)備一體化完成對(duì)葉片拍照、圖像處理和計(jì)算，獲得葉片的含氮量，能快速、方便、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)地測(cè)定植物葉片含氮量。
【專利說(shuō)明】一種便攜式植物葉片含氮量測(cè)量裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種便攜式植物葉片含氮量測(cè)量裝置，屬于植物葉片含氮量檢測(cè) 領(lǐng)域。具體地說(shuō)是涉及一種基于手持設(shè)備的植物葉片含氮量測(cè)量裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]氮素是植物所需宮養(yǎng)中最重要的和不可缺少的元素，目前對(duì)于植物氮素營(yíng)養(yǎng)檢測(cè) 的研究已經(jīng)做了大量的工作，普遍的氮素營(yíng)養(yǎng)檢測(cè)方法主要包括以下方面：①土壤氮素檢 測(cè)：土壤氮素的檢測(cè)主要包括土壤全氮檢測(cè)，有效氮檢測(cè)和土壤無(wú)機(jī)氮檢測(cè)。該方法成熟， 結(jié)果穩(wěn)定、可靠，但操作繁瑣、費(fèi)時(shí)，且結(jié)果與作物生長(zhǎng)的相關(guān)性不好；②化學(xué)方法檢測(cè)：化 學(xué)方法檢測(cè)是通過(guò)化學(xué)分析方法找到不同植株器官的氮素營(yíng)養(yǎng)臨界濃度來(lái)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)的方 法?；瘜W(xué)方法主要有植株全氮檢測(cè)和硝酸鹽檢測(cè)。植株全氮含量可以很好地反映作物氮素 營(yíng)養(yǎng)狀況，與作物產(chǎn)量也有較好的相關(guān)性，且全氮含量測(cè)定值相對(duì)比較穩(wěn)定，是一個(gè)很好的 檢測(cè)指標(biāo)。但由于全氮檢測(cè)操作繁瑣，專業(yè)要求高、且工作量大，費(fèi)工、費(fèi)時(shí)、成本高，在推廣 應(yīng)用中有一定的局限性。③葉綠素儀含氮量檢測(cè)：葉綠素計(jì)法將植物葉片插入葉綠素計(jì)測(cè) 定部位感光后讀出葉綠素值(葉色值)，根據(jù)與植株含氮量的關(guān)系確定氮素診斷的葉色值。 葉綠素計(jì)具有體積小、重量輕、攜帶方便、測(cè)定方法簡(jiǎn)單、不損傷植被、檢測(cè)準(zhǔn)確等特點(diǎn)已被 廣泛應(yīng)用。④氮營(yíng)養(yǎng)失調(diào)的外觀檢測(cè)：氮營(yíng)養(yǎng)失調(diào)的外觀檢測(cè)主要包括癥狀檢測(cè)、長(zhǎng)勢(shì)長(zhǎng)相 檢測(cè)和葉色檢測(cè)。氮營(yíng)養(yǎng)失調(diào)的外觀檢測(cè)主要包括癥狀檢測(cè)、長(zhǎng)勢(shì)長(zhǎng)相檢測(cè)和葉色檢測(cè)。 [000 3]準(zhǔn)確、快速、及時(shí)地對(duì)作物氮營(yíng)養(yǎng)狀況做出判斷是氮肥合理施用的基礎(chǔ)，也是植物 營(yíng)養(yǎng)工作者一直研究的熱點(diǎn)課題之一。作物在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中對(duì)氮素的需求較大，缺氮會(huì) 直接影響作物的生長(zhǎng)和產(chǎn)量，然而氮肥施用過(guò)多又會(huì)造成肥料利用率下降、作物品質(zhì)降低， 地下水污染和溫室氣體排放等問(wèn)題。準(zhǔn)確掌握植株的營(yíng)養(yǎng)狀況，才能更合理地進(jìn)行肥料投 入，防止肥料浪費(fèi)和對(duì)環(huán)境的污染。因此，開(kāi)發(fā)一個(gè)簡(jiǎn)便、快速、準(zhǔn)確的營(yíng)養(yǎng)診斷設(shè)備已成為 當(dāng)務(wù)之急。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本實(shí)用新型旨在提供一種便攜式植物葉片含氮量測(cè)量裝置，以提高植物葉片含氮 量測(cè)量的速度、精確度、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)性和便攜性。本實(shí)用新型是基于現(xiàn)有手持設(shè)備的硬件平臺(tái) 和軟件平臺(tái)，利用手持設(shè)備具有的拍照、存儲(chǔ)、圖像處理、統(tǒng)計(jì)分析等功能實(shí)現(xiàn)植物葉片含 氮量測(cè)量。
[0005] 一種便攜式植物葉片含氮量測(cè)量裝置，包括有一個(gè)手持設(shè)備、一塊背景板和一個(gè) 標(biāo)定色塊組。拍照時(shí)手持設(shè)備位于背景板的正上方；手持設(shè)備具有拍照、存儲(chǔ)、圖像處理、統(tǒng) 計(jì)分析、人機(jī)交互和顯示功能。
[0006] 所述背景板為一個(gè)純色不透明平板，其正面的顏色區(qū)別于被測(cè)植物葉片顏色和標(biāo) 定色塊組各色塊的顏色；標(biāo)定色塊組固定在背景板的正面。
[0007] 所述標(biāo)定色塊組由多個(gè)不同顏色的純色色塊構(gòu)成；標(biāo)定色塊組各色塊的顏色不同 于背景板和被測(cè)植物葉片，且標(biāo)定色塊組各色塊的顏色特征信息已知。
[0008] 一所述的手持設(shè)備安裝有植物葉片含氮量測(cè)量軟件包括交互界面和算法實(shí)現(xiàn)程序； 該軟件采用Java面向?qū)ο蟮木幊谭椒▽?shí)現(xiàn)，為現(xiàn)有技術(shù)。
[0009]本實(shí)用新型的一種便攜式植物葉片含氮量測(cè)量裝置使用說(shuō)明：
[0010]利用本實(shí)用新型的一種便攜式植物葉片含氮量測(cè)量裝置測(cè)量葉片含氮量時(shí)，按以 下步驟實(shí)現(xiàn)：
[0011] (1)選擇拍攝背景與標(biāo)定色塊組：選擇一塊被測(cè)植物葉片顏色相區(qū)別的純色不透 明平板作為背景板；在背景板上固定一個(gè)標(biāo)定色塊組，標(biāo)定色塊組的每一個(gè)色塊的顏色為 純色，且不同于背景板和被測(cè)植物葉片，且顏色信息已知；
[0012] (2)植物葉片圖像的采集：將被測(cè)植物葉片放在背景板正面,且與標(biāo)定色塊組的位 置臨近。通過(guò)運(yùn)行安裝在手持設(shè)備中的軟件調(diào)用攝像頭進(jìn)行拍攝，采集在背景板區(qū)域內(nèi)，包 含被測(cè)植物葉片和標(biāo)定色塊組在內(nèi)的完整的圖像，并將圖像保存在手持設(shè)備的存儲(chǔ)卡中。 [0013] ( 3)植物葉片圖像特征信息的提?。涸谑殖衷O(shè)備中通過(guò)數(shù)字圖像處理程序提取植 物葉片區(qū)域的顏色特征信息。植物葉片圖像特征提取包括以下步驟：通過(guò)圖像濾波、圖像 色彩校正、圖像裁剪和圖像分割，將植物葉片區(qū)域從背景中分割；通過(guò)遍歷被測(cè)植物葉片區(qū) 域，統(tǒng)計(jì)植物葉片區(qū)域的顏色特征信息； t〇〇14] (4)植物葉片含氮量的計(jì)算：根據(jù)已經(jīng)建立的植物葉片含氮量與植物葉片顏色特 征信息的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算植物葉片含氮量。
[0015] 上述步驟中圖像處理包括圖像濾波，圖像濾波可以減少和消除圖像中的"噪音"， 以改善圖像質(zhì)量。本步驟中采用線性濾波法。線性濾波的算法如下：
[0016] ①分別于每一個(gè)通道下，從左到右，從上到下順序遍歷圖像的每一個(gè)像素（不 j);
[0017] ②把模板算子的中心與該輸入像素 Cr，7)重疊，把該像素與模板進(jìn)行卷積運(yùn)算， 把運(yùn)算的結(jié)果作為輸出圖像在該通道下對(duì)應(yīng)像素的灰度值；
[0018] ③如果所有像素都處理完畢，則算法結(jié)束，否則轉(zhuǎn)向①。
[0019] 上述步驟中圖像處理包括圖像色彩校正，圖像色彩校正可以減少CMOS攝像頭在 自然光條件下拍攝圖像過(guò)程中由于光照和硬件自身非線性畸變?cè)斐傻膱D像色彩畸變。本步 驟中采用基于標(biāo)定色塊組的圖像色彩校正?；跇?biāo)定色塊組的圖像色彩校正的算法如下：
[0020] ①通過(guò)閾值分割圖像中的標(biāo)定色塊組中的灰度色塊，遍歷灰度色塊區(qū)域，分別統(tǒng) 計(jì)R通道的均值、、G通道的均值和B通道的均值<5?^。
[0021] ②求出和1%I的均值^，并分別求出RGB三通道的灰度校正系數(shù) 綠..、％:和，氧。
[0022]

【權(quán)利要求】
1. 一種便攜式植物葉片含氮量測(cè)量裝置，其特征在于：包括一個(gè)手持設(shè)備（4)、一塊背 景板（1)和一個(gè)標(biāo)定色塊組（2);拍照時(shí)手持設(shè)備（4)位于背景板（1)的正上方；手持設(shè)備 (4)具有拍照、存儲(chǔ)、圖像處理、統(tǒng)計(jì)分析、人機(jī)交互和顯示功能； 所述背景板（1)為一個(gè)純色不透明平板，其正面的顏色區(qū)別于被測(cè)植物葉片（3)顏色 和標(biāo)定色塊組（2)各色塊的顏色；標(biāo)定色塊組（2)固定在背景板（1)的正面； 所述標(biāo)定色塊組（2)由多個(gè)不同顏色的純色色塊構(gòu)成；標(biāo)定色塊組（2)各色塊的顏色 不同于背景板（1)和被測(cè)植物葉片（3 )。
【文檔編號(hào)】G01N21/25GK204086125SQ201420461864
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年8月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月16日
【發(fā)明者】郭文川, 周超超, 韓文霆 申請(qǐng)人:西北農(nóng)林科技大學(xué)