專利名稱：：闊葉植物葉面積的無損測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種林下闊葉植物葉片的無損測量技術(shù)方法，更具體地說，本發(fā)明涉及一種利用數(shù)碼相機再結(jié)合剪刀、電子天平測定和計算闊葉植物葉面積的闊葉植物葉面積的無損測量方法。
背景技術(shù)：
：植物葉片是植物進行光合作用的主要器官，葉面積的大小直接影響光合輻射有效利用率的大小。目前國內(nèi)外對葉面積的測定方法，主要有方格法、掃描法、葉面積儀法和系數(shù)測定法。方格法只需要方格板，費用低，方法簡單，但是費時、費力，并且存在較大誤差。掃描法測量葉面積的效率較高，但是需要電腦、掃描儀和圖像處理軟件，費用較高，并且要把待測的植物葉片采摘下來，帶到測試地點才能測量，損壞了植物的葉片。葉面積儀法可以快速準確的測量葉面積，操作簡單，但是系統(tǒng)價格昂貴，不適用其在教學實驗室和普通科研機構(gòu)的推廣使用。目前的這些方法都存在一個共同的缺陷，在有損測量方法中，需要對植物葉片進行采摘，損壞了植物葉片，并且不能測量出待測植物葉片被其他枝葉遮擋時實際能接受光照的植物葉片面積大小。在無損的測量方法中，測量設(shè)備昂貴，方法繁瑣。例如1.中國專利公告號為CN1651861，公告日為2005.08.10，專利號為200510046004.4，發(fā)明名稱為《一種闊葉植物葉片測定方法》)，該案中使用的測量方法就是要將植物葉片采集后才能測量，對植物葉片造成損壞，并且要用掃描儀、AutoCAD軟件、Photoshop軟件輔助測量，測量費用較高，并且不能測量出待測植物葉片被其他枝葉遮擋時實際能接受光照的植物葉片面積大小。2.中國專利公告號為CN101021415，公告日為2007.08.22，專利號為200710013687.2，發(fā)明名稱為《一種植物葉片面積的測量方法》，該案中所采用的方法對植物葉片的完整性要求高，要把植物葉片采集回到實驗室才可以進行測量，同樣對植物葉片造成損壞，并且不能測定出任何時刻植物葉片受光照的植物葉片面積的多少。3.中國專利公告號為CN101298986，公告日為2008.11.05，專利號為200710011181.8，發(fā)明名稱為《沙地闊葉植物葉面積的野外測定方法》，該案中所采用的方法是采集植物葉片后才能測量，同樣對植物葉片造成損害，而且只能測量出整個植物葉片的面積，而對于不全部接受光照的植物葉片的接受光照的部分植物葉片的面積無法測量。4.中國專利公告號為CN201266079，公告日為2009.07.01，專利號為200820200731.0，發(fā)明名稱為《植物葉片面積測量儀》，該案中采用由上傳送壓帶、下傳送帶、微型減速電機、攝像頭、影像反射鏡、后端反射鏡、照明光源、訊號發(fā)送軸和繞設(shè)在訊號發(fā)送軸上的反光膜帶所組合的測量儀，還采用較多的輔助儀器，費用相對稍高，過程相對繁瑣，對提高測量效率等方面有一定的不足。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服了現(xiàn)有技術(shù)存在的損壞植物葉片的問題，提供了一種闊葉植物葉面積的無損測量方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)的所述的闊葉植物葉面積的無損測量方法包括如下步驟1.用直尺量得白紙板的面積Sl=Sl=IOcmXlOcm=100cm2。2.給白紙板和被測植物葉片拍照。3.剪裁照片。4.分別稱量白紙板圖像的重量Gl與被測植物葉片圖像的重量G2用精度為0.01克的電子天平稱出白紙板圖像的重量Gl與被測植物葉片圖像的重量G2。5.計算出被測植物葉片的真實面積S2，單位cm2根據(jù)被測植物葉片的葉面積計算公式S2=S1XG2/G1計算。6.稱量部分受光照情況下被測植物葉片圖像重量用精度為0.01克的電子天平稱出部分受光照情況下被測植物葉片圖像的總重量G3，單位.克；再將陰影部分剪切掉，秤出受光照部分植物葉片圖像的重量G4，單位.克；受光照部分植物葉片圖像的重量G4與部分受光照情況下被測植物葉片圖像的總重量G3和受光照部分植物葉片的相對面積S4與部分受光照情況下被測植物葉片的相對總面積S3之間的關(guān)系為S4/S3=G4/G3，S4與S3.單位cm2。7.計算出部分受光照情況下被測植物葉片的相對總面積S3，單位cm2部分受光照情況下被測植物葉片的相對總面積S3與受光照部分植物葉片的真實面積S2之比等于G3/G2即S3/S2=G3/G2，得出S3=G3/G2XS2。8.計算出受光照部分植物葉片的相對面積S4，單位cm2受光照部分植物葉片的相對面積S4通過公式S4/S3=G4/G3得出S4=G4/G3XS3。技術(shù)方案中所述的給白紙板和被測植物葉片拍照包括如下步驟1.將面積Sl的白紙板與被測植物葉片放在一水平的平面上，為了保證植物葉片平整，在被測植物葉片上放置有一定硬度的平板的透明物質(zhì)。2.將數(shù)碼相機放在處于同一平面上的白紙板和被測植物葉片的正上方30cm處，將白紙板和被測植物葉片清晰地拍攝出一個畫面的照片。3.將部分受光照情況下被測植物葉片拍攝出照片。4.將拍攝好的白紙板、某一時刻被測植物葉片和部分受光照情況下被測植物葉片的照片洗出或打印。技術(shù)方案中所述的剪裁照片包括如下步驟1.從洗好或打印出的照片上用剪刀將白紙板圖像裁剪下來；2.從洗好或打印出的照片上用剪刀將被測植物葉片圖像裁剪下來；3.從洗好或打印出的照片上用剪刀將部分受光照情況下被測植物葉片圖像裁剪下來。技術(shù)方案中所述的用精度為0.01克的電子天平稱出白紙板圖像的重量Gl與被測植物葉片圖像的重量G2包括如下步驟1.當照片采用沖洗照片紙張時稱量裁剪下來的白紙板圖像的重量Gl與被測植物葉片圖像的重量G2。2.當照片采用普通打印紙張時稱量裁剪下來的白紙板圖像的重量Gl與被測植物葉片圖像的重量G2。技術(shù)方案中所述的計算出被測植物葉片的真實面積S2包括如下步驟1.當照片采用沖洗照片紙張時根據(jù)計算公式S2=SlXG2/G1計算被測植物葉片的真實面積S2。2.當照片采用普通打印紙張時根據(jù)計算公式S2=SlXG2/G1計算被測植物葉片的真實面積S2。技術(shù)方案中所述的稱量部分受光照情況下被測植物葉片圖像重量包括如下步驟1.當照片采用沖洗照片紙張時稱量裁剪下來的被測植物葉片圖像的總重量G3。2.當照片采用沖洗照片紙張時剪切掉陰影部分后稱量受光照部分植物葉片圖像的重量G4。3.當照片采用普通打印紙張時稱量裁剪下來的被測植物葉片圖像的總重量G3。4.當照片采用普通打印紙張時剪切掉陰影部分后稱量受光照部分植物葉片圖像的重量G4；技術(shù)方案中所述的計算出部分受光照情況下被測植物葉片的相對總面積S3包括如下步驟1.當照片采用沖洗照片紙張時采用權(quán)利要求1的步驟6)稱量的部分受光照情況下被測植物葉片圖像的總重量G3和當照片采用沖洗照片紙張時采用權(quán)利要求1的步驟6)稱量的受光照部分植物葉片圖像的重量G4計算得到相對總面積S3。2.當照片采用普通打印紙張時采用權(quán)利要求1的步驟6)稱量的部分受光照情況下被測植物葉片圖像的總重量G3和當照片采用普通打印紙張時采用權(quán)利要求1的步驟6)稱量的受光照部分植物葉片圖像的重量G4計算得到相對總面積S3。技術(shù)方案中所述的計算出受光照部分植物葉片的相對面積S4包括如下步驟1.當照片采用沖洗照片紙張時采用權(quán)利要求1的步驟6)稱量的部分受光照情況下被測植物葉片圖像的總重量G3和當照片采用沖洗照片紙張時采用權(quán)利要求1的步驟6)稱量的受光照部分植物葉片圖像的重量G4計算得到相對面積S4。2.當照片采用普通打印紙張時采用權(quán)利要求1的步驟6)稱量的部分受光照情況下被測植物葉片圖像的總重量G3和當照片采用普通打印紙張時采用權(quán)利要求1的步驟6)稱量的受光照部分植物葉片圖像的重量G4計算得到相對面積S4。與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的有益效果是1.本發(fā)明所述的闊葉植物葉面積的無損測量方法能將任何時刻植物葉片接受光照的面積測算出來。2.本發(fā)明所述的闊葉植物葉面積的無損測量方法適用范圍廣，適用于多種闊葉植物葉片，對不規(guī)則植物葉片的測量更方便，并且不會損傷植物葉片。3.本發(fā)明所述的闊葉植物葉面積的無損測量方法在測量時不受材料，儀器的限制。4.本發(fā)明所述的闊葉植物葉面積的無損測量方法克服了室內(nèi)測定的限制，無需過多的辦公儀器，成本低，可在植物生長現(xiàn)場直接測量。5.本發(fā)明所述的闊葉植物葉面積的無損測量方法簡單、方便，速度快，步驟清晰，省時，省力，而且數(shù)據(jù)準確。6.本發(fā)明所述的闊葉植物葉面積的無損測量方法采用數(shù)碼相機來協(xié)助完成闊葉植物葉片面積的測量，對照片進行測量而后推算，植物葉片大小、形狀不會影響數(shù)據(jù)的準確性。7.本發(fā)明所述的闊葉植物葉面積的無損測量方法不受人為因素的控制和影響，直接對實物進行拍照，不需要外界的作用。8.本發(fā)明所述的闊葉植物葉面積的無損測量方法使用相機，白紙板和電子天平等簡單的輔助儀器即可完成，為植物生態(tài)研究提高了效率，在農(nóng)業(yè)科研中可以廣泛應用。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明圖1是表示采用本發(fā)明所述的闊葉植物葉面積的無損測量方法欲測量處于自然生長狀態(tài)下的闊葉植物葉片的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是表示本發(fā)明所述的闊葉植物葉面積的無損測量方法中所采用的IOcmXlOcm的標準白紙板的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是表示采用本發(fā)明所述的闊葉植物葉面積的無損測量方法測量處于平整狀態(tài)下的1號葉片操作示意圖；圖中1.1號葉片，2.2號葉片，3.標準白紙板，4.透明材料，5.墊板。具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細的描述參閱圖1，在大自然生長中的闊葉植物葉片整體上常常不是完全處于一個水平面上，很多都是處于自然的彎曲狀態(tài)。這給測量葉面積帶來了一定的困難，傳統(tǒng)的測量方法均有各自的缺陷。本發(fā)明所述的闊葉植物葉面積的無損測量方法首先對自然生長狀態(tài)下并且被其它葉片遮擋的待測葉片進行拍照。然后小心的將遮擋在待測葉片1上的葉片2用手提起來，使葉片1不被遮擋，使得用相機拍照葉片1時，能拍得完整的葉片圖像。參閱圖2，本方法需用一個IOcmXIOcm的白紙板作為參照面積。參閱圖3，用一個硬質(zhì)的、平整的塑料墊板墊在待測葉片和IOcmXlOcm的白紙板的下面，用透明材料壓在待測葉片和IOcmXIOcm紙板上面，使得待測葉片和紙板的平整并且處于一個水平面上先利用公式S2=S1XG2/G1計算出平整葉片的面積S2，S2是葉片1的真實面積。在利用另一公式S3=G3/G2XS2計算出處于自然彎曲狀態(tài)下的葉片面積S3，由于在處于自然彎曲狀態(tài)下的葉片在照片中反映出來的是個二維圖片，利用圖像重量之比等于面積之比的公式而獲取的面積S3會比S2小，所以該方法中的S3是個相對葉面積，假設(shè)以后利用各個公式獲取的各個部分葉片面積為S，則S均為各個部分葉片的相對葉面積，如果有需要的話，利用公式SX(S2/S3)可以求出各個部分葉片的真實面積。本發(fā)明所述的闊葉植物葉面積的無損測量方法包括如下步驟1.量得白紙板的面積Sl用直尺量出白紙板的面積S1=IOcmXIOcm=100cm2。2.給白紙板和被測植物葉片拍照參閱圖1與圖3，將面積為Sl的白紙板與被測植物葉片放在處于同一水平位置的平面上，為保證白紙板與被測植物葉片處于同一水平位置，將植物葉片和白紙板放在同一平板上，并且不能有樹葉和枝干遮擋白紙板，為了保證植物葉片平整，在被測植物葉片上放置有一定硬度的平板類的透明材質(zhì)的物質(zhì)(玻璃、塑料)將植物葉片壓平。拍照時將數(shù)碼相機放在處于同一水平位置的白紙板和植物葉片的正上方30cm處，調(diào)整至圖像清晰并能夠?qū)准埌搴椭参锶~片同拍入一個畫面。拍攝某一時刻被測植物葉片受光照的情況如圖1，包括拍攝出部分受光照情況下被測植物葉片的照片(圖1和圖3所示的兩張照片)，將拍好后的照片洗出或打印。3.剪裁照片從洗好或打印出的照片上用剪刀分別將白紙板和被測植物葉片圖像以及/或在部分受光照情況下植物葉片圖像分別裁剪下來。并且嚴格要求不能誤剪和錯剪，以免影響測量結(jié)果的準確性。4.分別稱量裁剪下來的白紙板圖像的重量Gl與被測植物葉片圖像的重量G2用精度為0.01克的電子天平稱出白紙板圖像的重量Gl，用精度0.01克的電子天平再稱出被測植物葉片圖像的重量G2。這種稱量分兩種情況1)照片采用沖洗照片紙張時的白紙板圖像的重量Gl與被測植物葉片圖像的重量G202)照片采用普通打印紙張時的白紙板圖像的重量Gl與被測植物葉片圖像的重量G205.計算出被測植物葉片的真實面積S2(單位cm2)。根據(jù)被測植物葉片的葉面積計算公式計算S2=S1XG2/G11)照片所用材料為沖洗照片紙張<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>2)照片所用材料為普通打印紙張<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>通過兩種材料的多次測量，植物葉片面積平均值分別為11.156cm2和11.234cm2,所產(chǎn)生的誤差是在允許的范圍內(nèi)，并說明數(shù)據(jù)的準確性不受所用材質(zhì)的影響。6.稱量部分受光照情況下被測植物葉片圖像重量用精度0.01克的電子天平稱出部分受光照情況下被測植物葉片圖像的總重量G3，再將陰影部分剪切掉，秤出受光照部分植物葉片圖像的重量G4。受光照部分植物葉片的相對面積S4與部分受光照情況下被測植物葉片的相對總面積S3之比等于G4/G3，即S4/S3=G4/G3。1)照片所用材料為沖洗照片紙張<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>2)照片所用材料為普通打印紙張<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>通過兩種材料的多次測量，受光照部分植物葉片圖像重量G4與部分受光照情況下被測植物葉片圖像總重量G3之比的平均值分別為0.774和0.762，所產(chǎn)生的誤差是在允許的范圍內(nèi)，并說明數(shù)據(jù)的準確性不受所用材質(zhì)的影響。7.計算出部分受光照情況下被測植物葉片的相對總面積S3(單位cm2)部分受光照情況下植物葉片的相對總面積S3與被測植物葉片的真實葉面積S2之比等于G3/G2，即S3/S2=G3/G2。得出S3=G3/G2XS21)照片所用材料為沖洗照片紙張<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>2)照片所用材料為普通打印紙張<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>通過兩種材料的多次測量，部分受光照情況下被測植物葉片相對總面積S3平均值分別為10.476cm2和10.130cm2，所產(chǎn)生的誤差是在允許的范圍內(nèi)，并說明數(shù)據(jù)的準確性不受所用材質(zhì)的影響。8.計算出受光照部分植物葉片相對面積(單位cm2)通過公式S4/S3=G4/G3，得出S4=G4/G3XS31)照片所用材料為沖洗照片紙張<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>2)照片所用材料為普通打印紙張<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>通過兩種材料的多次測量，受光照部分植物葉片相對面積S4的平均值分別為8.095cm2和7.721cm2，所產(chǎn)生的誤差是在允許的范圍內(nèi)，并說明數(shù)據(jù)的準確性不受所用材質(zhì)的影響。權(quán)利要求一種闊葉植物葉面積的無損測量方法，其特征在于，所述的闊葉植物葉面積的無損測量方法包括如下步驟1)用直尺量得白紙板的面積S1S1＝10cm×10cm＝100cm2；2)給白紙板和被測植物葉片拍照；3)剪裁照片；4)分別稱量白紙板圖像的重量G1與被測植物葉片圖像的重量G2用精度為0.01克的電子天平稱出白紙板圖像的重量G1與被測植物葉片圖像的重量G2；5)計算出被測植物葉片的真實面積S2，單位cm2根據(jù)被測植物葉片的葉面積計算公式S2＝S1×G2/G1計算；6)稱量部分受光照情況下被測植物葉片圖像重量用精度為0.01克的電子天平稱出部分受光照情況下被測植物葉片圖像的總重量G3，單位.克；再將陰影部分剪切掉，秤出受光照部分植物葉片圖像的重量G4，單位.克；受光照部分植物葉片圖像的重量G4與部分受光照情況下被測植物葉片圖像的總重量G3和受光照部分植物葉片的相對面積S4與部分受光照情況下被測植物葉片的相對總面積S3之間的關(guān)系為S4/S3＝G4/G3，S4與S3.單位cm2；7)計算出部分受光照情況下被測植物葉片的相對總面積S3，單位cm2部分受光照情況下被測植物葉片的相對總面積S3與受光照部分植物葉片的真實面積S2之比等于G3/G2即S3/S2＝G3/G2，得出S3＝G3/G2×S2；8)計算出受光照部分植物葉片的相對面積S4，單位cm2受光照部分植物葉片的相對面積S4通過公式S4/S3＝G4/G3得出S4＝G4/G3×S3。2.按照權(quán)利要求1所述的闊葉植物葉面積的無損測量方法，其特征在于，所述的給白紙板和被測植物葉片拍照包括如下步驟1)將面積Sl的白紙板與被測植物葉片放在一水平的平面上，為了保證植物葉片平整，在被測植物葉片上放置有一定硬度的平板的透明物質(zhì)；2)將數(shù)碼相機放在處于同一平面上的白紙板和被測植物葉片的正上方30cm處，將白紙板和被測植物葉片清晰地拍攝出一個畫面的照片；3)將部分受光照情況下被測植物葉片拍攝出照片；4)將拍攝好的白紙板、某一時刻被測植物葉片和部分受光照情況下被測植物葉片的照片洗出或打印。3.按照權(quán)利要求1所述的闊葉植物葉面積的無損測量方法，其特征在于，所述的剪裁照片包括如下步驟1)從洗好或打印出的照片上用剪刀將白紙板圖像裁剪下來；2)從洗好或打印出的照片上用剪刀將被測植物葉片圖像裁剪下來；3)從洗好或打印出的照片上用剪刀將部分受光照情況下被測植物葉片圖像裁剪下來。4.按照權(quán)利要求1所述的闊葉植物葉面積的無損測量方法，其特征在于，所述的用精度為0.01克的電子天平稱出白紙板圖像的重量Gl與被測植物葉片圖像的重量G2包括如下步驟1)當照片采用沖洗照片紙張時稱量裁剪下來的白紙板圖像的重量Gl與被測植物葉片圖像的重量G2；2)當照片采用普通打印紙張時稱量裁剪下來的白紙板圖像的重量Gl與被測植物葉片圖像的重量G2。5.按照權(quán)利要求1所述的闊葉植物葉面積的無損測量方法，其特征在于，所述的計算出被測植物葉片的真實面積S2包括如下步驟1)當照片采用沖洗照片紙張時根據(jù)計算公式S2=S1XG2/G1計算被測植物葉片的真實面積S2；2)當照片采用普通打印紙張時根據(jù)計算公式S2=S1XG2/G1計算被測植物葉片的真實面積S2。6.按照權(quán)利要求1所述的闊葉植物葉面積的無損測量方法，其特征在于，所述的稱量部分受光照情況下被測植物葉片圖像重量包括如下步驟1)當照片采用沖洗照片紙張時稱量裁剪下來的被測植物葉片圖像的總重量G3；2)當照片采用沖洗照片紙張時剪切掉陰影部分后稱量受光照部分植物葉片圖像的重量G4；3)當照片采用普通打印紙張時稱量裁剪下來的被測植物葉片圖像的總重量G3；4)當照片采用普通打印紙張時剪切掉陰影部分后稱量受光照部分植物葉片圖像的重量G4。7.按照權(quán)利要求1所述的闊葉植物葉面積的無損測量方法，其特征在于，所述的計算出部分受光照情況下被測植物葉片的相對總面積S3包括如下步驟1)當照片采用沖洗照片紙張時采用權(quán)利要求1的步驟6)稱量的部分受光照情況下被測植物葉片圖像的總重量G3和當照片采用沖洗照片紙張時采用權(quán)利要求1的步驟6)稱量的受光照部分植物葉片圖像的重量G4計算得到相對總面積S3；2)當照片采用普通打印紙張時采用權(quán)利要求1的步驟6)稱量的部分受光照情況下被測植物葉片圖像的總重量G3和當照片采用普通打印紙張時采用權(quán)利要求1的步驟6)稱量的受光照部分植物葉片圖像的重量G4計算得到相對總面積S3。8.按照權(quán)利要求1所述的闊葉植物葉面積的無損測量方法，其特征在于，所述的計算出受光照部分植物葉片的相對面積S4包括如下步驟1)當照片采用沖洗照片紙張時采用權(quán)利要求1的步驟6)稱量的部分受光照情況下被測植物葉片圖像的總重量G3和當照片采用沖洗照片紙張時采用權(quán)利要求1的步驟6)稱量的受光照部分植物葉片圖像的重量G4計算得到相對面積S4；2)當照片采用普通打印紙張時采用權(quán)利要求1的步驟6)稱量的部分受光照情況下被測植物葉片圖像的總重量G3和當照片采用普通打印紙張時采用權(quán)利要求1的步驟6)稱量的受光照部分植物葉片圖像的重量G4計算得到相對面積S4。全文摘要本發(fā)明公開了一種闊葉植物葉面積的無損測量方法。旨在克服現(xiàn)有技術(shù)存在的損壞被測植物葉片的問題。該種無損測量方法包括如下步驟1.用直尺量得白紙板的面積S1，S1＝10cm×10cm＝100cm2；2.給白紙板和被測植物葉片拍照；3.剪裁照片；4.分別稱量白紙板圖像的重量G1與被測植物葉片圖像的重量G2；5.計算出被測植物葉片的真實面積S2，S2＝S1×G2/G1；6.稱量部分受光照情況下被測植物葉片圖像重量；7.計算出部分受光照情況下被測植物葉片的相對總面積S3；8.計算出受光照部分植物葉片相對面積S4，受光照部分植物葉片的相對面積S4通過公式S4/S3＝G4/G3得出S4＝G4/G3×S3。文檔編號G01G17/00GK101799283SQ201010137040公開日2010年8月11日申請日期2010年4月1日優(yōu)先權(quán)日2010年4月1日發(fā)明者于海業(yè),張強,張蕾,楊昊諭,武海巍,王淑杰,肖英奎,隋媛媛申請人:吉林大學