專利名稱：一種基于激光和圖像的葉面積測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于溫室環(huán)境作物生長(zhǎng)信息測(cè)量領(lǐng)域，涉及一種基于激光和圖像的測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
作物葉面積參數(shù)是一項(xiàng)重要的作物生長(zhǎng)參數(shù)，利用該參數(shù)可計(jì)算作物的用水量、蒸騰作用及產(chǎn)量等，因此利用葉面積參數(shù)可分析植物的生長(zhǎng)狀況，建立植物生長(zhǎng)模型，進(jìn)一步掌握植物葉片的生長(zhǎng)規(guī)律，對(duì)于指導(dǎo)生產(chǎn)，制定高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效栽培技術(shù)措施具有積極的意義。目前葉面積測(cè)量方法主要有葉片稱重法、方格法、回歸方程法、葉面積儀法、數(shù)字圖像法等。稱重法、方格法測(cè)量準(zhǔn)確度較高，但是需要將葉片采摘下來(lái)稱重，從而對(duì)作物的破壞很大，影響作物的正常生長(zhǎng)。回歸方程法就是利用直尺測(cè)量出作物的葉寬和葉長(zhǎng)，然后采用諸如稱重法等方法測(cè)量出其實(shí)際面積，建立葉片面積值和葉寬、葉長(zhǎng)及葉長(zhǎng)寬乘積的回歸方程，從而就可以根據(jù)測(cè)量葉寬和葉長(zhǎng)計(jì)算出出葉片的面積。當(dāng)只對(duì)某一種作物進(jìn)行測(cè)量時(shí)，葉片的長(zhǎng)寬跟葉面積確實(shí)有很大的相關(guān)性，但是不同的作物品種僅通過(guò)測(cè)量葉片長(zhǎng)寬無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量出葉片面積。數(shù)字圖像法就是通過(guò)統(tǒng)計(jì)葉片圖像的象素?cái)?shù)折算出葉片面積，這個(gè)方法的前提是必須知道圖像中每個(gè)象素點(diǎn)所代表的實(shí)物面積。兩種測(cè)量方法能得出葉片圖像的象素點(diǎn)折算出的實(shí)際面積值，一種是基于測(cè)量系統(tǒng)標(biāo)定測(cè)量，另一種是基于參照物標(biāo)定測(cè)量?；谙到y(tǒng)標(biāo)定測(cè)量方法要求測(cè)量前對(duì)系統(tǒng)必須進(jìn)行標(biāo)定，而且當(dāng)測(cè)量環(huán)境發(fā)生變化時(shí)需要重新對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，不過(guò)此方法測(cè)量精度高，但是缺乏靈活性與實(shí)用性?；趨⒄瘴飿?biāo)定測(cè)量方法簡(jiǎn)單方便、操作靈活，但對(duì)參照物要求嚴(yán)格，參照物的面積直接影響葉面積測(cè)量值。一般確定拍攝物體的面積需要通過(guò)焦距來(lái)計(jì)算，但是普通的數(shù)碼相機(jī)無(wú)法直觀的知道焦距、視場(chǎng)角是多少，需要先把照片掃描進(jìn)電腦，然后通過(guò)特殊的軟件才能判斷每張照片的焦距。而普通數(shù)碼相機(jī)在價(jià)格上比較便宜的，一般能直觀看出焦距的數(shù)碼相機(jī)是比較昂貴的。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題
本發(fā)明目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的圖像葉片面積測(cè)量技術(shù)中標(biāo)定技術(shù)與方法復(fù)雜，不易活體測(cè)量，每次拍攝都需要根據(jù)焦距、視場(chǎng)角來(lái)確定實(shí)際拍攝面積的大小。而在溫室生產(chǎn)環(huán)境下，采用激光測(cè)量距離，并通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)板以及數(shù)碼相機(jī)屏幕來(lái)確定實(shí)際拍攝面積的大小。通過(guò)所測(cè)得的距離來(lái)確定實(shí)際圖像像素點(diǎn)所代表的面積來(lái)測(cè)量活體葉片的面積，通過(guò)單位土地上的總?cè)~面積就可以求出葉面積指數(shù)。所采用的方法簡(jiǎn)單，速度快，還可以避免外界環(huán)境的干擾影響測(cè)量的精度。技術(shù)方案
本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用基于201010500076. 2發(fā)明裝置的如下技術(shù)方案
本發(fā)明為一種基于激光和圖像的葉面積測(cè)量的方法，所使用的裝置包括數(shù)碼相機(jī)、葉片夾、激光測(cè)距儀、計(jì)算機(jī)、RS-232接口線、USB接口線、固定架和集成開(kāi)關(guān)，其中數(shù)碼相機(jī)和激光測(cè)距儀固定于固定架上，集成開(kāi)關(guān)設(shè)置于固定架的手把上并分別與數(shù)碼相機(jī)和激光測(cè)距儀的開(kāi)關(guān)連接，數(shù)碼相機(jī)通過(guò)USB接口線與計(jì)算機(jī)相連，激光測(cè)距儀通過(guò)RS-232接口線與計(jì)算機(jī)相連。 測(cè)量葉面積方法如下系統(tǒng)中規(guī)定數(shù)碼照相機(jī)的像素點(diǎn)數(shù)為n，相機(jī)的焦距、視場(chǎng)角等參數(shù)固定，數(shù)碼照相機(jī)顯示器屏幕的尺寸即為Sl，al和bl分別為顯示器屏幕的長(zhǎng)和寬，S2為一標(biāo)準(zhǔn)板，a2和b2分別為S2的長(zhǎng)和寬，其長(zhǎng)寬比例與SI相同。數(shù)碼相機(jī)安裝在可調(diào)節(jié)高度的支架上，可調(diào)節(jié)高度的支架為通用常識(shí)，在這里就不再說(shuō)明了。通過(guò)調(diào)節(jié)支架高度保證數(shù)碼相機(jī)的拍攝范圍覆蓋標(biāo)準(zhǔn)板，也就是說(shuō)，標(biāo)準(zhǔn)板的影像充滿了數(shù)碼相機(jī)的屏幕，由于標(biāo)準(zhǔn)板的長(zhǎng)寬比與數(shù)碼相機(jī)屏幕的長(zhǎng)寬比相同，在數(shù)碼相機(jī)的屏幕上所顯示的圖像除了標(biāo)準(zhǔn)板沒(méi)有其他的物體。然后用激光測(cè)距儀測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)板至數(shù)碼相機(jī)鏡頭的距離dl，通過(guò)調(diào)節(jié)支架高度保證數(shù)碼相機(jī)的拍攝范圍覆蓋葉片夾上的葉片，也就是說(shuō)葉片的影像完全落入數(shù)碼相機(jī)屏幕的范圍內(nèi)。由于對(duì)葉片面積的測(cè)量所做的拍攝都是近距離拍攝，而且對(duì)標(biāo)準(zhǔn)板的拍攝也是近距離拍攝，所以二者的拍攝可以用相同的焦距。一般來(lái)說(shuō)拍攝標(biāo)準(zhǔn)板以及葉片都是采用垂直拍攝，視場(chǎng)角參數(shù)只要調(diào)整好后就不用考慮。然后用激光測(cè)距儀測(cè)量葉片夾至數(shù)碼相機(jī)鏡頭的距離d，根據(jù)以上數(shù)據(jù)得出所拍攝的包含葉片在內(nèi)的圖像的面積S= [al+2d (a2-al) /dl] [bl+2d (b2_bl)/dl],每個(gè)像素所代表的面積p=s/n。經(jīng)過(guò)圖像處理以后得到葉片像素個(gè)數(shù)為m，葉片的面積S=m*s/n。把像素點(diǎn)n，標(biāo)準(zhǔn)板的長(zhǎng)a2、寬b2，數(shù)碼相機(jī)屏幕的長(zhǎng)al、寬bl,公式 s=[al+2d(a2_al)/dl] [bl+2d(b2_bl)/dl]以及葉片面積 S=m*s/η預(yù)先設(shè)置在計(jì)算機(jī)內(nèi)。啟動(dòng)集成開(kāi)關(guān)完成拍攝以及測(cè)距，激光測(cè)距儀測(cè)得的數(shù)據(jù)信號(hào)以及拍攝所獲得的圖像就輸入計(jì)算機(jī)內(nèi)，即可得出葉片面積。優(yōu)選地，所述葉片夾上下為剪刀狀，葉片夾的夾子為十字形，葉片夾底部托夾為白色背景底部。優(yōu)選地，所述葉片夾的十字形壓片夾的材料采用白色塑料材料。優(yōu)選地，所述數(shù)碼相機(jī)平面與被測(cè)葉片平面平行。有益效果
本發(fā)明可以針對(duì)測(cè)量作物葉片的特定環(huán)境，根據(jù)光學(xué)成像的原理，采用激光測(cè)量距離，并通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)板以及數(shù)碼相機(jī)屏幕來(lái)確定實(shí)際拍攝面積的大小，就不需要每次拍攝都采集焦距、視場(chǎng)角的參數(shù)。由于普通數(shù)碼相機(jī)一般無(wú)法直觀的看到焦距本方法可以使用普通數(shù)碼相機(jī)拍攝。只要確定數(shù)碼相機(jī)鏡頭到葉片的距離d就可以確定實(shí)際拍攝面積的大小，而且由于激光測(cè)距儀和電腦相連接，只要轉(zhuǎn)動(dòng)集成開(kāi)關(guān)數(shù)碼相機(jī)鏡頭到葉片的距離的數(shù)據(jù)就直接進(jìn)入到電腦，非常方便、迅速。如果要調(diào)整焦距和視場(chǎng)角等參數(shù)，也只需要從新測(cè)量一下dl就可以了。采用距離作為確定像素點(diǎn)代表的面積，可以克服現(xiàn)有葉片面積測(cè)量需要標(biāo)定而帶來(lái)的設(shè)備復(fù)雜、操作不方便、受環(huán)境影響測(cè)量以及測(cè)量存在誤差等問(wèn)題。由于標(biāo)準(zhǔn)板及激光測(cè)距儀的使用極大的提高了測(cè)量的精度以及測(cè)量速度，并且由于可以使用普通的數(shù)碼相機(jī)，使得設(shè)備的價(jià)格比較低廉。所采用的裝置便于攜帶，便于作物的活體測(cè)量，避免由于破壞性測(cè)量影響作物的生長(zhǎng)。葉片夾制作成剪刀狀便于單手操作，十字形可以在保持葉片展開(kāi)的時(shí)候而不至于遭到損壞，反光強(qiáng)的背景板和十字形壓片夾便于檢測(cè)。把像素點(diǎn)n，標(biāo)準(zhǔn)板的長(zhǎng)a2、寬b2，數(shù)碼相機(jī)屏幕的長(zhǎng)al、寬bl、公式s=[al+2d(a2-al)/dl][bl+2d(b2-bl)/dl]以及葉片面積S=m*s/n預(yù)先設(shè)置在計(jì)算機(jī)內(nèi)，只要調(diào)整好數(shù)碼相機(jī)屏幕與葉片的距離，使數(shù)碼相機(jī)的拍攝范圍覆蓋葉片夾上的葉片，就可以轉(zhuǎn)動(dòng)集成開(kāi)關(guān)，一個(gè)數(shù)據(jù)就檢測(cè)完成了，這樣就極大的提高了檢測(cè)的速度，可以通過(guò)單位土地上的總?cè)~面積就可以求出葉面積指數(shù)。


圖1 :本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)圖 圖2 :葉片夾結(jié)構(gòu)圖
圖3 :本實(shí)用新型工作流程圖
具體實(shí)施例方式如圖1至圖3所示，一種基于激光和圖像的測(cè)量葉片面積的測(cè)量方法及裝置，該測(cè)量方法所使用的裝置包括數(shù)碼相機(jī)1、葉片夾2、激光測(cè)距儀3、計(jì)算機(jī)4、RS-232接口線5、USB接口線6、固定數(shù)碼相機(jī)與激光測(cè)距儀的固定架7、數(shù)碼相機(jī)與激光測(cè)距儀的集成開(kāi)關(guān)
8、葉面積測(cè)量軟件9組成。葉片夾2是為了使葉子伸展開(kāi)，用左手手持葉片夾，葉片夾上下為剪刀狀，壓片夾子為十字形，底部托夾為白色背景底部，十字形壓片夾的材料采用反光強(qiáng)度較強(qiáng)的白色材料，便于在圖像處理中檢測(cè)到干擾物，從而可以進(jìn)行填充；數(shù)碼相機(jī)I和激光測(cè)距儀3固定在固定架7上，數(shù)碼相機(jī)I通過(guò)USB接口線6與計(jì)算機(jī)4相連，激光測(cè)距儀3通過(guò)RS-232接口線5與計(jì)算機(jī)相連。首先預(yù)先設(shè)置好數(shù)碼照相機(jī)的像素點(diǎn)數(shù)n，焦距，視場(chǎng)角等參數(shù)。使用一標(biāo)準(zhǔn)板，標(biāo)準(zhǔn)板為一薄的正長(zhǎng)方體，做成標(biāo)準(zhǔn)板的長(zhǎng)寬比a2 b2與數(shù)碼相機(jī)屏幕的長(zhǎng)寬比al bl相同，數(shù)碼相機(jī)I的拍攝范圍覆蓋標(biāo)準(zhǔn)板時(shí)，用激光測(cè)距儀測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)板至數(shù)碼相機(jī)鏡頭的距離dl。使數(shù)碼相機(jī)I的拍攝范圍覆蓋葉片夾2上的葉片時(shí)，用激光測(cè)距儀測(cè)量葉片夾至數(shù)碼相機(jī)鏡頭的距離d。使數(shù)碼相機(jī)I的拍攝范圍覆蓋葉片夾2上的葉片時(shí)，拍攝照片。根據(jù)以上數(shù)據(jù)得出所拍攝的包含葉片在內(nèi)的圖像的面積s=[al+2d(a2_al)/dl] [bl+2d(b2_bl)/dl]，每個(gè)像素所代表的面積p=s/n。經(jīng)過(guò)圖像處理以后得到葉片像素個(gè)數(shù)為m，葉片的面積S=m*s/n。還可以把像素點(diǎn)n，標(biāo)準(zhǔn)板的長(zhǎng)a2、寬b2，數(shù)碼相機(jī)I屏幕的長(zhǎng)al、寬bl、公式S= [al+2d (a2-al) /dl] [bl+2d (b2_bl)/dl]以及葉片面積S=m*s/n預(yù)先設(shè)置在計(jì)算機(jī)4內(nèi)，激光測(cè)距儀測(cè)得的數(shù)據(jù)信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)4內(nèi)，即可得出葉片面積。通過(guò)測(cè)量葉面的寬度來(lái)調(diào)節(jié)數(shù)碼相機(jī)與葉面的距離，按下集成開(kāi)關(guān)8就可以同時(shí)采集葉片圖片和距離，葉面積測(cè)量軟件9根據(jù)距離就可以算出葉片的面積；數(shù)碼相機(jī)與激光測(cè)距儀的集成開(kāi)關(guān)8與激光測(cè)距儀3和數(shù)碼相機(jī)的開(kāi)關(guān)相連，安裝在固定數(shù)碼相機(jī)與激光測(cè)距儀的固定架7的手把上，便于操作；數(shù)碼相機(jī)I平面與被測(cè)葉片平面平行。
權(quán)利要求
1.一種基于激光和圖像的葉面積測(cè)量方法，步驟如下a、預(yù)先設(shè)置好數(shù)碼照相機(jī)的像素點(diǎn)數(shù)η、焦距、視場(chǎng)角；b、使用一標(biāo)準(zhǔn)板，標(biāo)準(zhǔn)板的長(zhǎng)寬比a2b2與數(shù)碼相機(jī)屏幕的長(zhǎng)寬比al bl相同，數(shù)碼相機(jī)(I)的拍攝范圍覆蓋標(biāo)準(zhǔn)板時(shí)，用激光測(cè)距儀測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)板至數(shù)碼相機(jī)鏡頭的距離dl ；C、使數(shù)碼相機(jī)(I)的拍攝范圍覆蓋葉片夾(2)上的葉片時(shí)，用激光測(cè)距儀測(cè)量葉片夾至數(shù)碼相機(jī)鏡頭的距離d ；d、使數(shù)碼相機(jī)(I)的拍攝范圍覆蓋葉片夾(2)上的葉片時(shí)，拍攝照片；e、根據(jù)以上數(shù)據(jù)得出所拍攝的包含葉片在內(nèi)的圖像的面積s=[al+2d(a2_al)/dl] [bl+2d (b2-bl)/dl]，每個(gè)像素所代表的面積p=s/n ;f、經(jīng)過(guò)圖像處理以后得到葉片像素個(gè)數(shù)為m，葉片的面積S=m*s/n。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量方法，其特征在于所使用裝置包括數(shù)碼相機(jī)(I)、葉片夾⑵、激光測(cè)距儀(3)、計(jì)算機(jī)(4)、RS-232接口線(5)、USB接口線(6)、固定架(7)和集成開(kāi)關(guān)(8)，其中數(shù)碼相機(jī)(I)和激光測(cè)距儀(3)固定于固定架(7)上，集成開(kāi)關(guān)(8)設(shè)置于固定架(7)的手把上并分別與數(shù)碼相機(jī)(I)和激光測(cè)距儀(3)的開(kāi)關(guān)連接，數(shù)碼相機(jī)(I) 通過(guò)USB接口線(6)與計(jì)算機(jī)(4)相連，激光測(cè)距儀(3)通過(guò)RS-232接口線(5)與計(jì)算機(jī)⑷相連。
3.根據(jù)權(quán)力要求2所述的測(cè)量方法，其特征在于所述葉片夾(2)上下為剪刀狀，葉片夾(2)的夾子為十字形，葉片夾(2)底部托夾為白色背景底部。
4.根據(jù)權(quán)力要求3所述的測(cè)量方法，其特征在于所述葉片夾(2)的十字形壓片夾的材料采用白色塑料材料。
5.根據(jù)權(quán)力要求2所述的測(cè)量方法，其特征在于所述數(shù)碼相機(jī)(I)平面與被測(cè)葉片平面平行。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測(cè)量方法，其特征在于把像素點(diǎn)n，標(biāo)準(zhǔn)板的長(zhǎng)a2、寬b2，數(shù)碼相機(jī)(I)屏幕的長(zhǎng)al、寬bl、公式s=[al+2d(a2_al)/dl] [bl+2d(b2_bl)/dl]以及葉片面積S=m*s/n預(yù)先設(shè)置在計(jì)算機(jī)(4)內(nèi)，激光測(cè)距儀測(cè)得的數(shù)據(jù)信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)(4)內(nèi)，即可得出葉片面積。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種基于激光和圖像的葉面積測(cè)量方法，步驟如下預(yù)先設(shè)置好數(shù)碼照相機(jī)的像素點(diǎn)數(shù)n；使用一標(biāo)準(zhǔn)板，標(biāo)準(zhǔn)板的長(zhǎng)寬比與數(shù)碼相機(jī)屏幕的長(zhǎng)寬比相同，數(shù)碼相機(jī)的拍攝范圍覆蓋標(biāo)準(zhǔn)板時(shí)，用激光測(cè)距儀測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)板至數(shù)碼相機(jī)鏡頭的距離；使數(shù)碼相機(jī)的拍攝范圍覆蓋葉片夾上的葉片時(shí)，用激光測(cè)距儀測(cè)量葉片夾至數(shù)碼相機(jī)鏡頭的距離；使數(shù)碼相機(jī)的拍攝范圍覆蓋葉片夾上的葉片時(shí)，拍攝照片；根據(jù)以上數(shù)據(jù)計(jì)算出所拍攝的包含葉片在內(nèi)的圖像的面積；根據(jù)每個(gè)像素所代表的面積以及經(jīng)過(guò)圖像處理以后得到葉片像素個(gè)數(shù)，得出葉片的面積。本方法根據(jù)光學(xué)成像的原理，采用了激光測(cè)距儀和標(biāo)準(zhǔn)板，提高了葉片面積的檢測(cè)精度以及檢測(cè)速度。
文檔編號(hào)G01B11/28GK103033151SQ20121056528
公開(kāi)日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月24日
發(fā)明者王定成, 倪郁佳, 陳北京, 湯波, 田翠翠, 曹智麗 申請(qǐng)人:南京信息工程大學(xué)