專利名稱：一種活體測(cè)定葉面積儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)定葉子面積的設(shè)備，更具體地說，涉及一種活體測(cè)定葉面積儀。
背景技術(shù)：
葉片是植物進(jìn)行光合作用的主要器官，是眾多關(guān)于估算植物特征參數(shù)模型輸入或 輸出的重要參數(shù)，常用在植物生物生化、生理生態(tài)、作物栽培管理與育種等研究和應(yīng)用方 面。因此，如何準(zhǔn)確獲取所研究對(duì)象單位葉面積具有重要的意義。目前的葉面積測(cè)定的方法可分為傳統(tǒng)的手工測(cè)定法與先進(jìn)的電子技術(shù)測(cè)定法。傳 統(tǒng)的手工測(cè)定法包括方格法、紙重法、打孔稱重法、系數(shù)法等，這些方法簡(jiǎn)單易學(xué)，儀器設(shè)備 便宜易得，但往往費(fèi)時(shí)費(fèi)力，精度低；電子技術(shù)測(cè)定方法有激光葉面積儀法、光電葉面積儀 法、數(shù)字圖像處理技術(shù)法等，從而使葉面積測(cè)定走向了半自動(dòng)化，在一定程度上減少了人力 的投入，其共同特點(diǎn)是測(cè)定準(zhǔn)確，重復(fù)性好，但儀器設(shè)備價(jià)格昂貴，維修困難。上述測(cè)定方法 除方格法外均為破壞性測(cè)量。破壞性測(cè)量會(huì)大量摘取葉片，直接導(dǎo)致個(gè)體的葉片損失，破壞 了其它指標(biāo)測(cè)定的系統(tǒng)性。因此，如何研究開發(fā)快速準(zhǔn)確、價(jià)格低廉、非破壞性的葉面積測(cè) 定儀成為一個(gè)重要的研究課題?；跀?shù)字圖像視覺分析的葉面積活體測(cè)定設(shè)備是非破壞性的，但僅適用于平面狀 葉面積。其工作原理是制作適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)面積板，用數(shù)碼相機(jī)拍攝與標(biāo)準(zhǔn)面積板處于同一平 面的葉片，然后通過計(jì)算數(shù)字圖像中每個(gè)像素點(diǎn)代表的真實(shí)面積和葉片圖像所占的像素?cái)?shù) 量，計(jì)算出葉片面積。對(duì)于長(zhǎng)葉型植物尤其是水稻、小麥等，該設(shè)備存在活體測(cè)量的實(shí)際困 難葉片窄長(zhǎng)易彎曲，繁茂重疊，田間攝影難度大等。目前，對(duì)水稻、小麥等的葉面積測(cè)量，大都是將葉片從植株上摘下來后，采用鮮 (干)重法和室內(nèi)儀器法測(cè)量，均為破壞性測(cè)量。水稻、小麥等長(zhǎng)葉型植物大都是群體性產(chǎn) 量作物，某一個(gè)體的破壞會(huì)大大影響其周圍個(gè)體的形態(tài)發(fā)展和生理指標(biāo)。破壞性測(cè)量需大 量摘取葉片，直接影響了群體的葉面積指數(shù)和周圍個(gè)體的光照條件，從而破壞了同一指標(biāo) 在不同時(shí)期測(cè)定的環(huán)境一致性，加大了田間試驗(yàn)的設(shè)備性誤差。而且在測(cè)定過程中摘取的 葉片很容易因?yàn)殡x體操作時(shí)間過長(zhǎng)導(dǎo)致脫水卷葉，加大了測(cè)量的難度和精度。破壞性測(cè)量 無法實(shí)現(xiàn)同一葉片在不同時(shí)期的葉面積進(jìn)行重復(fù)測(cè)定，更無法對(duì)同一植株葉片葉面積的發(fā) 生發(fā)展進(jìn)行追蹤測(cè)定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種體積小、重量輕、攜帶及使用方便的活體 測(cè)定葉面積儀，該活體測(cè)定葉面積儀在測(cè)試葉片時(shí)不會(huì)破壞葉片，其能夠?qū)ν蝗~片在不 同時(shí)期的葉面積和同一植株葉片葉面積的發(fā)生發(fā)展進(jìn)行追蹤研究。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案一種活體測(cè)定葉面積儀，其包括測(cè)定儀主體、攝像頭、反射鏡、照明光源、減速電 機(jī)、信號(hào)發(fā)送輪和傳送軸，測(cè)定儀主體帶有測(cè)定平臺(tái)；所述照明光源包括一用于照亮信號(hào)點(diǎn)
3的下光源和一用于照亮葉片白背景的上光源；所述攝像頭為一帶CCD芯片的攝像頭，攝像 頭與一計(jì)算機(jī)連接，攝像頭安裝在測(cè)定平臺(tái)下方并且面向測(cè)定平臺(tái)，被檢測(cè)的葉片的圖像 和信號(hào)發(fā)送輪上的光點(diǎn)都落在攝像頭的畫面上，在攝像頭上方設(shè)有前檔光板和后檔光板； 信號(hào)發(fā)送輪位于攝像頭正上方并且在信號(hào)發(fā)送輪表面上從左向右繞有一條反光扁平絲，下 光源的光經(jīng)反射鏡后射到信號(hào)發(fā)送輪的某一點(diǎn)上再由反射鏡折返到攝像頭并且在測(cè)定過 程中信號(hào)光點(diǎn)不斷地反復(fù)由左向右移動(dòng)以提供讀取各次采樣的葉子長(zhǎng)度的信號(hào)；所述傳送 軸包括相配合的被動(dòng)壓送軸和主動(dòng)傳送軸，在主動(dòng)傳送軸的中部設(shè)有與葉脈基部相適應(yīng)的 凹槽；所述減速電機(jī)通過一傳動(dòng)齒輪分別傳動(dòng)信號(hào)發(fā)送輪和主動(dòng)傳送軸的齒輪。所述信號(hào)發(fā)送輪的直徑為10 15毫米、長(zhǎng)度為25 30毫米；反光扁平絲為“ ” 形并且其寬度為0. 1 0. 2毫米。所述信號(hào)發(fā)送輪的直徑為15毫米、長(zhǎng)度為30毫米；反光扁平絲的寬度為0. 1毫 米。所述主動(dòng)傳送軸的中部的凹槽為環(huán)形凹槽。。本發(fā)明由于采用了上述結(jié)構(gòu)，通過使攝像頭成像，焦點(diǎn)落在測(cè)定平臺(tái)上，圖像分為 兩個(gè)區(qū)域并分別讀取兩組數(shù)據(jù)，在圖像的前緣端用來讀取葉片在某一時(shí)空段內(nèi)前后的葉片 寬度，在圖像的后緣端讀出同一時(shí)間段內(nèi)的走葉長(zhǎng)度，并由此計(jì)算該段的實(shí)測(cè)面積，且測(cè)定 可以根據(jù)實(shí)際需要連續(xù)或間斷進(jìn)行，結(jié)果計(jì)算及累加可自動(dòng)隨之調(diào)整，故本發(fā)明在測(cè)試葉 片時(shí)不會(huì)破壞葉片，其能夠?qū)ν蝗~片在不同時(shí)期的葉面積和同一植株葉片葉面積的發(fā)生 發(fā)展進(jìn)行追蹤研究。另外，本發(fā)明體積小、重量輕、攜帶及使用方便；測(cè)量水稻等的葉片時(shí)快 速準(zhǔn)確，精度高，同時(shí)其價(jià)格低廉，成本造價(jià)不到1000元。在結(jié)合附圖閱讀本發(fā)明的實(shí)施方式的詳細(xì)描述后，本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更 加清楚。


圖1是本發(fā)明的截面示意圖。
具體實(shí)施例方式下面以一個(gè)實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，但應(yīng)當(dāng)說明，本發(fā)明的保護(hù) 范圍不僅僅限于此。參閱圖1，一種活體測(cè)定葉面積儀，其包括測(cè)定儀主體1、攝像頭8、反射鏡12、照明 光源、減速電機(jī)6、信號(hào)發(fā)送輪11和傳送軸，測(cè)定儀主體1帶有測(cè)定平臺(tái)；所述照明光源包 括一用于照亮信號(hào)點(diǎn)的下光源9和一用于照亮葉片白背景的上光源3 ；所述攝像頭8為一 帶CCD芯片的攝像頭，攝像頭8與一計(jì)算機(jī)連接，攝像頭8安裝在測(cè)定平臺(tái)下方并且面向測(cè) 定平臺(tái)，被檢測(cè)的葉片的圖像和信號(hào)發(fā)送輪11上的光點(diǎn)都落在攝像頭8的畫面上，在攝像 頭8上方設(shè)有前檔光板7和后檔光板9 ；信號(hào)發(fā)送輪11位于攝像頭8正上方并且在信號(hào)發(fā) 送輪11表面上從左向右繞有一條反光扁平絲，下光源9的光經(jīng)反射鏡12后射到信號(hào)發(fā)送 輪11的某一點(diǎn)上再由反射鏡12折返到攝像頭8并且在測(cè)定過程中信號(hào)光點(diǎn)不斷地反復(fù)由 左向右移動(dòng)以提供讀取各次采樣的葉子長(zhǎng)度的信號(hào)；所述傳送軸包括相配合的被動(dòng)壓送軸 4和主動(dòng)傳送軸5，在主動(dòng)傳送軸5的中部設(shè)有與葉脈基部相適應(yīng)的環(huán)形凹槽；所述減速電機(jī)6通過一傳動(dòng)齒輪13分別傳動(dòng)信號(hào)發(fā)送輪11和主動(dòng)傳送軸5的齒輪。信號(hào)發(fā)送輪11 的直徑為10 15毫米、長(zhǎng)度為25 30毫米；反光扁平絲為“ ”形并且其寬度為0. 1 0. 2毫米；例如，信號(hào)發(fā)送輪11的直徑為15毫米、長(zhǎng)度為30毫米；反光扁平絲的寬度為0. 1 毫米等而不影響本發(fā)明的保護(hù)范圍。本實(shí)施方式使用時(shí)，攝像頭8裝在電腦上，利用計(jì)算機(jī)作為運(yùn)算工具，通過計(jì)算機(jī) 顯示測(cè)定值以及把數(shù)據(jù)記錄并存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)樣本非破壞性活體追蹤測(cè)定。本實(shí)施方式基本原理為本實(shí)施方式通過使攝像頭8成像，焦點(diǎn)落在測(cè)定平臺(tái)上； 圖像分為兩個(gè)區(qū)域并分別讀取兩組數(shù)據(jù)，在圖像的前緣端用來讀取葉片在某一時(shí)空段內(nèi)前 后的葉片寬度，在圖像的后緣端讀出同一時(shí)間段內(nèi)的走葉長(zhǎng)度，并由此計(jì)算該段實(shí)測(cè)面積， 且測(cè)定可以根據(jù)實(shí)際需要連續(xù)或間斷進(jìn)行、結(jié)果計(jì)算及累加自動(dòng)隨之調(diào)整。攝像頭8可為韓國(guó)生產(chǎn)的羅技筆記本型攝像頭，攝像頭不采用CMOS芯片攝像頭而 使用(XD芯片攝像頭是因?yàn)镃MOS芯片攝像頭的像素小和響應(yīng)速度慢，而(XD芯片攝像頭可 以確保精度。攝像頭8安裝在測(cè)定平臺(tái)下方。在使用時(shí)，通過調(diào)整攝像頭8的焦距，使得被檢測(cè) 的葉片的圖像及信號(hào)發(fā)送輪11上的光點(diǎn)都清淅地落在攝像頭8的畫面上。一方面，被檢測(cè) 的葉片的圖像落在CCD畫面的前緣端，葉片經(jīng)過檢測(cè)口時(shí)，它的黑影的寬度與葉面成正比； 在運(yùn)算程序中這是葉寬的數(shù)據(jù)；另一方面，信號(hào)發(fā)送輪11表面上的光點(diǎn)不斷地由左向右移 動(dòng)，如數(shù)值由0-> 310，周而復(fù)始。攝像頭8在不斷采集數(shù)值過程中，前后兩點(diǎn)的距離，亦即 代表葉片移動(dòng)的距離(或移動(dòng)的長(zhǎng)度)。在某一時(shí)段采集到葉寬與葉長(zhǎng)的乗積等于該測(cè)量 段的葉面積，在葉子的整個(gè)走葉過程中，通過連續(xù)的累加，即可得出該過程中所測(cè)到的葉面 積總數(shù)，通過電腦顯示及記錄保存下來。另一測(cè)定樣本又重復(fù)上述步驟。信號(hào)發(fā)送輪11位于攝像頭8的正上方，正好擋掉了攝像頭8的畫面中不需要的部 分。下光源9的光經(jīng)反射鏡12射到信號(hào)發(fā)送輪11上的某一點(diǎn)再由反射鏡12折返到攝像 頭8。顯示器上的后緣端出現(xiàn)一個(gè)小亮點(diǎn)。在測(cè)定過程中，信號(hào)光點(diǎn)不斷地反復(fù)由左向右移 動(dòng)，提供讀取各次采樣的走葉長(zhǎng)度的信號(hào)。主動(dòng)傳送軸5中部有環(huán)形凹槽，其形如V字，其大小與葉脈基部相適應(yīng)，其利于葉 脈在其間通過不致壓傷。在攝像頭8上方前后兩側(cè)分別設(shè)有前檔光板9和后檔光板10，它們用于隔斷外部 光的干攏。在測(cè)定儀主體1上方設(shè)有可自動(dòng)彈開的上蓋2，在測(cè)定時(shí)將被測(cè)葉片放在測(cè)定平 臺(tái)上，然后壓下上蓋2，打開馬達(dá)電源開關(guān)，此時(shí)，減速電機(jī)6動(dòng)作，此時(shí)，傳動(dòng)齒輪13動(dòng)作 并進(jìn)一步帶動(dòng)信號(hào)發(fā)送輪11、主動(dòng)傳送軸5的齒輪的齒輪動(dòng)作，最終，被測(cè)葉片隨即徐徐送 出，同時(shí)，測(cè)定儀主體1也順著向后上方提升，直至整片葉走完為止。其中，通過傳動(dòng)齒輪13 調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)送輪11、主動(dòng)傳送軸5的齒輪處于最佳的轉(zhuǎn)速比，從而可獲得最理想的測(cè)定速 度、精度和進(jìn)度。本實(shí)施方式的使用方法為1.給電腦安裝PC及羅技筆記本電腦驅(qū)程。2.啟動(dòng)PC程序，顯示屏?xí)某鱿嚓P(guān)畫面，然后雙擊該畫面，最后點(diǎn)“確認(rèn)”后即可 開始工作。
3.測(cè)定方法開放上蓋2，將待測(cè)的水稻葉片的最基部位放到主動(dòng)傳送軸5中部的 環(huán)形凹槽處，壓上上蓋2，此時(shí)上蓋2的LED照明燈發(fā)亮，測(cè)定畫面的前端出現(xiàn)一條亮線而 且有一黑點(diǎn)，即葉柄的圖像，此時(shí)點(diǎn)擊“測(cè)定”，然后開啟減速電機(jī)6，這時(shí)被測(cè)葉片自動(dòng)被送 出，直至整片葉子走完。關(guān)閉電機(jī)電源。這片葉子就測(cè)定完畢。4.重復(fù)第三步驟，啟動(dòng)另一次測(cè)定。5.測(cè)定前的必須準(zhǔn)備工作“面積mm2”所顯示的數(shù)值并不是真正的面積值(它只 代表電腦運(yùn)算單位)，為此得先求出一個(gè)轉(zhuǎn)換系數(shù)(約為0. 4)。方法預(yù)先準(zhǔn)備一個(gè)黑色卡 紙(例如50cm2)連續(xù)按第三點(diǎn)測(cè)定31次。結(jié)束本次測(cè)定。打開“我的電腦”，再點(diǎn)開C盤， 可見到剛測(cè)定31次的結(jié)果(如相片4所示)，求它們的平均值，將實(shí)際面積(50cm2)除以平 均值得轉(zhuǎn)換系數(shù)。一般標(biāo)準(zhǔn)誤差應(yīng)不超過1.5%。雖然結(jié)合附圖描述了本發(fā)明的實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在所附權(quán)利 要求的范圍之內(nèi)作出各種變形或修改，只要不超過本發(fā)明的權(quán)利要求所描述的保護(hù)范圍， 都應(yīng)當(dāng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種活體測(cè)定葉面積儀，其包括測(cè)定儀主體(1)、攝像頭(8)、反射鏡(12)、照明光源、減速電機(jī)(6)、信號(hào)發(fā)送輪(11)和傳送軸，測(cè)定儀主體(1)帶有測(cè)定平臺(tái)；其特征在于所述照明光源包括一用于照亮信號(hào)點(diǎn)的下光源(9)和一用于照亮葉片白背景的上光源(3)；所述攝像頭(8)為一帶CCD芯片的攝像頭，攝像頭(8)與一計(jì)算機(jī)連接，攝像頭(8)安裝在測(cè)定平臺(tái)下方并且面向測(cè)定平臺(tái)，被檢測(cè)的葉片的圖像和信號(hào)發(fā)送輪(11)上的光點(diǎn)都落在攝像頭(8)的畫面上，在攝像頭(8)上方設(shè)有前檔光板(7)和后檔光板(9)；信號(hào)發(fā)送輪(11)位于攝像頭(8)正上方并且在信號(hào)發(fā)送輪(11)表面上從左向右繞有一條反光扁平絲，下光源(9)的光經(jīng)反射鏡(12)后射到信號(hào)發(fā)送輪(11)的某一點(diǎn)上再由反射鏡(12)折返到攝像頭(8)并且在測(cè)定過程中信號(hào)光點(diǎn)不斷地反復(fù)由左向右移動(dòng)以提供讀取各次采樣的葉子長(zhǎng)度的信號(hào)；所述傳送軸包括相配合的被動(dòng)壓送軸(4)和主動(dòng)傳送軸(5)，在主動(dòng)傳送軸(5)的中部設(shè)有與葉脈基部相適應(yīng)的凹槽；所述減速電機(jī)(6)通過一傳動(dòng)齒輪(13)分別傳動(dòng)信號(hào)發(fā)送輪(11)和主動(dòng)傳送軸(5)的齒輪。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種活體測(cè)定葉面積儀，其特征在于所述信號(hào)發(fā)送輪(11) 的直徑為10 15毫米、長(zhǎng)度為25 30毫米；反光扁平絲為“ ”形并且其寬度為0. 1 0. 2毫米。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種活體測(cè)定葉面積儀，其特征在于所述信號(hào)發(fā)送輪(11) 的直徑為15毫米、長(zhǎng)度為30毫米；反光扁平絲的寬度為0. 1毫米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種活體測(cè)定葉面積儀，其特征在于所述主動(dòng)傳送軸(5) 的中部的凹槽為環(huán)形凹槽。
全文摘要
一種活體測(cè)定葉面積儀，其照明光源包括上、下光源；攝像頭為一帶CCD芯片的攝像頭，在攝像頭上方有前、后擋光板；信號(hào)發(fā)送輪位于攝像頭正上方且在其表面從左向右繞有一反光扁平絲，下光源的光經(jīng)反射鏡后射到信號(hào)發(fā)送輪上再由反射鏡折返到攝像頭且在測(cè)定過程中信號(hào)光點(diǎn)不斷地反復(fù)由左向右移動(dòng)；傳送軸包括被動(dòng)壓送軸和主動(dòng)傳送軸，在主動(dòng)傳送軸的中部設(shè)有與葉脈基部相適應(yīng)的凹槽；減速電機(jī)通過一傳動(dòng)齒輪分別傳動(dòng)信號(hào)發(fā)送輪和主動(dòng)傳送軸的齒輪。本發(fā)明體積小、重量輕、攜帶及使用方便，在測(cè)試葉片時(shí)其不會(huì)破壞葉片，其能對(duì)同一葉片在不同時(shí)期的葉面積和同一植株葉片葉面積的發(fā)生發(fā)展進(jìn)行追蹤研究。
文檔編號(hào)G01B11/28GK101852598SQ20101019464
公開日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2010年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月2日
發(fā)明者何秀英, 周新橋, 廖耀平, 張旭, 李麗君, 李巨昌, 程永盛, 陳冠華, 陳友訂, 陳浩豐, 陳達(dá)剛, 陳釗明 申請(qǐng)人:廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所