專利名稱：一種活體測定葉面積儀的制作方法
專利說明本實用新型涉及一種測定葉子面積的設(shè)備，更具體地說，涉及一種活體測定葉面 積儀。
背景技術(shù)：
葉片是植物進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，如何準確獲取所研究對象單位葉面積具有重要的意義。目前的葉面積測定的方法可分為傳統(tǒng)的手工測定法與先進的電子技術(shù)測定法。傳 統(tǒng)的手工測定法包括方格法、紙重法、打孔稱重法、系數(shù)法等，這些方法簡單易學，儀器設(shè)備 便宜易得，但往往費時費力，精度低；電子技術(shù)測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，從而使葉面積測定走向了半自動化，在一定程度上減少了人力 的投入，其共同特點是測定準確，重復性好，但儀器設(shè)備價格昂貴，維修困難。上述測定方法 除方格法外均為破壞性測量。破壞性測量會大量摘取葉片，直接導致個體的葉片損失，破壞 了其它指標測定的系統(tǒng)性。因此，如何研究開發(fā)快速準確、價格低廉、非破壞性的葉面積測 定儀成為一個重要的研究課題?；跀?shù)字圖像視覺分析的葉面積活體測定設(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?shù)臉藴拭娣e板，用數(shù)碼相機拍攝與標準面積板處于同一平 面的葉片，然后通過計算數(shù)字圖像中每個像素點代表的真實面積和葉片圖像所占的像素數(shù) 量，計算出葉片面積。對于長葉型植物尤其是水稻、小麥等，該設(shè)備存在活體測量的實際困 難葉片窄長易彎曲，繁茂重疊，田間攝影難度大等。目前，對水稻、小麥等的葉面積測量，大都是將葉片從植株上摘下來后，采用鮮 (干)重法和室內(nèi)儀器法測量，均為破壞性測量。水稻、小麥等長葉型植物大都是群體性產(chǎn) 量作物，某一個體的破壞會大大影響其周圍個體的形態(tài)發(fā)展和生理指標。破壞性測量需大 量摘取葉片，直接影響了群體的葉面積指數(shù)和周圍個體的光照條件，從而破壞了同一指標 在不同時期測定的環(huán)境一致性，加大了田間試驗的設(shè)備性誤差。而且在測定過程中摘取的 葉片很容易因為離體操作時間過長導致脫水卷葉，加大了測量的難度和精度。破壞性測量 無法實現(xiàn)同一葉片在不同時期的葉面積進行重復測定，更無法對同一植株葉片葉面積的發(fā) 生發(fā)展進行追蹤測定。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種體積小、重量輕、攜帶及使用方便的 活體測定葉面積儀，該活體測定葉面積儀在測試葉片時不會破壞葉片，其能夠?qū)ν蝗~片 在不同時期的葉面積和同一植株葉片葉面積的發(fā)生發(fā)展進行追蹤研究。為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用了以下技術(shù)方案一種活體測定葉面積儀，其包括測定儀主體、攝像頭、反射鏡、照明光源、減速電機、信號發(fā)送輪和傳送軸，測定儀主體帶有測定平臺；所述照明光源包括一用于照亮信號點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 頭與一計算機連接，攝像頭安裝在測定平臺下方并且面向測定平臺，被檢測的葉片的圖像 和信號發(fā)送輪上的光點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； 信號發(fā)送輪位于攝像頭正上方并且在信號發(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)反射鏡后射到信號發(fā)送輪的某一點上再由反射鏡折返到攝像頭并且在測定過 程中信號光點不斷地反復由左向右移動以提供讀取各次采樣的葉子長度的信號；所述傳送 軸包括相配合的被動壓送軸和主動傳送軸，在主動傳送軸的中部設(shè)有與葉脈基部相適應(yīng)的 凹槽；所述減速電機通過一傳動齒輪分別傳動信號發(fā)送輪和主動傳送軸的齒輪。所述信號發(fā)送輪的直徑為10 15毫米、長度為25 30毫米；反光扁平絲為“ ” 形并且其寬度為0. 1 0. 2毫米。所述信號發(fā)送輪的直徑為15毫米、長度為30毫米；反光扁平絲的寬度為0. 1毫 米。所述主動傳送軸的中部的凹槽為環(huán)形凹槽。。本實用新型由于采用了上述結(jié)構(gòu)，通過使攝像頭成像，焦點落在測定平臺上，圖像 分為兩個區(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空段內(nèi)前后的 葉片寬度，在圖像的后緣端讀出同一時間段內(nèi)的走葉長度，并由此計算該段的實測面積，且 測定可以根據(jù)實際需要連續(xù)或間斷進行，結(jié)果計算及累加可自動隨之調(diào)整，故本實用新型 在測試葉片時不會破壞葉片，其能夠?qū)ν蝗~片在不同時期的葉面積和同一植株葉片葉面 積的發(fā)生發(fā)展進行追蹤研究。另外，本實用新型體積小、重量輕、攜帶及使用方便；測量水稻 等的葉片時快速準確，精度高，同時其價格低廉，成本造價不到1000元。在結(jié)合附圖閱讀本實用新型的實施方式的詳細描述后，本實用新型的特點和優(yōu)點 將變得更加清楚。

圖1是本實用新型的截面示意圖。
具體實施方式
下面以一個實施方式對本實用新型作進一步詳細的說明，但應(yīng)當說明，本實用新 型的保護范圍不僅僅限于此。參閱圖1，一種活體測定葉面積儀，其包括測定儀主體1、攝像頭8、反射鏡12、照明 光源、減速電機6、信號發(fā)送輪11和傳送軸，測定儀主體1帶有測定平臺；所述照明光源包 括一用于照亮信號點的下光源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與一計算機連接，攝像頭8安裝在測定平臺下方并且面向測 定平臺，被檢測的葉片的圖像和信號發(fā)送輪11上的光點都落在攝像頭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 ；信號發(fā)送輪11位于攝像頭8正上方并且在信號發(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后射到信號發(fā)送 輪11的某一點上再由反射鏡12折返到攝像頭8并且在測定過程中信號光點不斷地反復由 左向右移動以提供讀取各次采樣的葉子長度的信號；所述傳送軸包括相配合的被動壓送軸4和主動傳送軸5，在主動傳送軸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6通過一傳動齒輪13分別傳動信號發(fā)送輪11和主動傳送軸5的齒輪。信號發(fā)送輪11 的直徑為10 15毫米、長度為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，信號發(fā)送輪11的直徑為15毫米、長度為30毫米；反光扁平絲的寬度為0. 1 毫米等而不影響本實用新型的保護范圍。本實施 方式使用時，攝像頭8裝在電腦上，利用計算機作為運算工具，通過計算機 顯示測定值以及把數(shù)據(jù)記錄并存儲到計算機內(nèi)，實現(xiàn)樣本非破壞性活體追蹤測定。本實施方式基本原理為本實施方式通過使攝像頭8成像，焦點落在測定平臺上； 圖像分為兩個區(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空段內(nèi)前 后的葉片寬度，在圖像的后緣端讀出同一時間段內(nèi)的走葉長度，并由此計算該段實測面積， 且測定可以根據(jù)實際需要連續(xù)或間斷進行、結(jié)果計算及累加自動隨之調(diào)整。攝像頭8可為韓國生產(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CXD芯片攝像頭是因為CMOS芯片攝像頭的像素小和響應(yīng)速度慢，而CXD芯片攝像頭可 以確保精度。攝像頭8安裝在測定平臺下方。在使用時，通過調(diào)整攝像頭8的焦距，使得被檢測 的葉片的圖像及信號發(fā)送輪11上的光點都清淅地落在攝像頭8的畫面上。一方面，被檢測 的葉片的圖像落在C⑶畫面的前緣端，葉片經(jīng)過檢測口時，它的黑影的寬度與葉面成正比； 在運算程序中這是葉寬的數(shù)據(jù)；另一方面，信號發(fā)送輪11表面上的光點不斷地由左向右移 動，如數(shù)值由0-> 310，周而復始。攝像頭8在不斷采集數(shù)值過程中，前后兩點的距離，亦即 代表葉片移動的距離(或移動的長度)。在某一時段采集到葉寬與葉長的乗積等于該測量 段的葉面積，在葉子的整個走葉過程中，通過連續(xù)的累加，即可得出該過程中所測到的葉面 積總數(shù)，通過電腦顯示及記錄保存下來。另一測定樣本又重復上述步驟。信號發(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射到信號發(fā)送輪11上的某一點再由反射鏡12折返到攝像 頭8。顯示器上的后緣端出現(xiàn)一個小亮點。在測定過程中，信號光點不斷地反復由左向右移 動，提供讀取各次采樣的走葉長度的信號。主動傳送軸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。在測定儀主體1上方設(shè)有可自動彈開的上蓋2，在測定時將被測葉片放在測定平 臺上，然后壓下上蓋2，打開馬達電源開關(guān)，此時，減速電機6動作，此時，傳動齒輪13動作 并進一步帶動信號發(fā)送輪11、主動傳送軸5的齒輪的齒輪動作，最終，被測葉片隨即徐徐送 出，同時，測定儀主體1也順著向后上方提升，直至整片葉走完為止。其中，通過傳動齒輪13 調(diào)節(jié)信號發(fā)送輪11、主動傳送軸5的齒輪處于最佳的轉(zhuǎn)速比，從而可獲得最理想的測定速 度、精度和進度。本實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PC程序，顯示屏會蹦出相關(guān)畫面，然后雙擊該畫面，最后點“確認”后即可開始工作。3.測定方法開放上蓋2，將待測的水稻葉片的最基部位放到主動傳送軸5中部的 環(huán)形凹槽處，壓上上蓋2，此時上蓋2的LED照明燈發(fā)亮，測定畫面的前端出現(xiàn)一條亮線而 且有一黑點，即葉柄的圖像，此時點擊“測定”，然后開啟減速電機6，這時被測葉片自動被送 出，直至整片葉子走完。關(guān)閉電機電源。這片葉子就測定完畢。 4.重復第三步驟，啟動另一次測定。5.測定前的必須準備工作“面積mm2”所顯示的數(shù)值并不是真正的面積值(它只 代表電腦運算單位)，為此得先求出一個轉(zhuǎn)換系數(shù)(約為0. 4)。方法預先準備一個黑色卡 紙(例如50cm2)連續(xù)按第三點測定31次。結(jié)束本次測定。打開“我的電腦”，再點開C盤， 可見到剛測定31次的結(jié)果(如相片4所示)，求它們的平均值，將實際面積(50cm2)除以平 均值得轉(zhuǎn)換系數(shù)。一般標準誤差應(yīng)不超過1.5%。雖然結(jié)合附圖描述了本實用新型的實施方式，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，只要不超過本實用新型的權(quán)利要求所描述的保 護范圍，都應(yīng)當在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求一種活體測定葉面積儀，其包括測定儀主體(1)、攝像頭(8)、反射鏡(12)、照明光源、減速電機(6)、信號發(fā)送輪(11)和傳送軸，測定儀主體(1)帶有測定平臺；其特征在于所述照明光源包括一用于照亮信號點的下光源(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)與一計算機連接，攝像頭(8)安裝在測定平臺下方并且面向測定平臺，被檢測的葉片的圖像和信號發(fā)送輪(11)上的光點都落在攝像頭(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)；信號發(fā)送輪(11)位于攝像頭(8)正上方并且在信號發(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)后射到信號發(fā)送輪(11)的某一點上再由反射鏡(12)折返到攝像頭(8)并且在測定過程中信號光點不斷地反復由左向右移動以提供讀取各次采樣的葉子長度的信號；所述傳送軸包括相配合的被動壓送軸(4)和主動傳送軸(5)，在主動傳送軸(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(6)通過一傳動齒輪(13)分別傳動信號發(fā)送輪(11)和主動傳送軸(5)的齒輪。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種活體測定葉面積儀，其特征在于所述信號發(fā)送輪(11) 的直徑為10 15毫米、長度為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所述的一種活體測定葉面積儀，其特征在于所述信號發(fā)送輪(11) 的直徑為15毫米、長度為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所述的一種活體測定葉面積儀，其特征在于所述主動傳送軸(5) 的中部的凹槽為環(huán)形凹槽。
專利摘要一種活體測定葉面積儀，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、后檔光板；信號發(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)反射鏡后射到信號發(fā)送輪上再由反射鏡折返到攝像頭且在測定過程中信號光點不斷地反復由左向右移動；傳送軸包括被動壓送軸和主動傳送軸，在主動傳送軸的中部設(shè)有與葉脈基部相適應(yīng)的凹槽；減速電機通過一傳動齒輪分別傳動信號發(fā)送輪和主動傳送軸的齒輪。本實用新型體積小、重量輕、攜帶及使用方便，在測試葉片時其不會破壞葉片，其能對同一葉片在不同時期的葉面積和同一植株葉片葉面積的發(fā)生發(fā)展進行追蹤研究。
文檔編號G01B11/28GK201731866SQ20102021870
公開日2011年2月2日 申請日期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, 陳達剛, 陳釗明 申請人:廣東省農(nóng)業(yè)科學院水稻研究所