一種植物葉面積無損測定方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種植物葉面積無損測定方法，其主要采用了葉片圖像采集法和室內(nèi)葉面積測量計算法來進行測量和計算，其中葉片圖像采集法采用數(shù)碼相機、拍攝背景底板、坐標紙以及鋼卷尺等作為工具，操作簡單易行且攜帶方便；尤其是利用數(shù)碼相機出廠時設(shè)定的拍攝分辨率、圖像存貯像素，拍攝角度近似90°的情況下對葉片進行拍攝，即可獲得較為清晰的葉片圖像，同時對葉面積測量精度無顯著差異；室內(nèi)葉面積測量計算法是將拍攝到的葉片圖像存儲到預(yù)裝有AutoCAD軟件的計算機中，運用運行AutoCAD軟件來測量和計算植物葉面積；利用數(shù)碼相機和AutoCAD軟件相結(jié)合，可實現(xiàn)葉面積的無損測定，與目前較為流行的葉面積測定儀相比，具有操作簡便、價格低廉的優(yōu)點。
【專利說明】一種植物葉面積無損測定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種植物葉測量方法，尤其涉及一種植物葉面積無損測定方法。
【背景技術(shù)】
[0002]葉面積測定有好多種方法，如方格法、稱重法、葉面積測量儀法、系數(shù)法以及計箕機和軟件組合法.不同的方法，其精確度，測量范圍以及使用場合不同。
[0003]方格法是一種傳統(tǒng)的葉面積測量方法，不僅成本低，而且簡單易懂。但是在測量過程中需要在方格紙上描繪大量的葉片乾廓，還要數(shù)出每片葉片的面積，這是一種非常煩瑣的工作，而且其測量結(jié)果精確度也不是很高。尤其對于一些不規(guī)則形狀的葉片時，其精確度就會降低，產(chǎn)生的誤差更大。
[0004]稱重法同方格法相同，也是一種比較傳統(tǒng)的測量方法。成本低，操作簡便，測量結(jié)果的精確度也比方格法高，但測量不規(guī)則形狀的葉片時其精確度降低，不適合作物苗期和具有較小葉片植物的葉面積測量。
[0005]傳統(tǒng)葉面積測量還有系數(shù)法、葉面儀測量法等。其中系數(shù)法利用平均原理，可以進行非破壞性測定，但必須用其它方法確定系數(shù)之后才能用，且系數(shù)會隨品種的不同而不同，結(jié)果誤差也較大，葉面儀測量法精度很高，速度快，但其價格昂貴，維修不方便，它破壞作物群體結(jié)構(gòu)且對測量的葉子大小也有一定的限制。因此傳統(tǒng)方法存在著測量不準確、操作煩瑣、破壞作物生長、測量范圍窄等一系列缺點，不能滿足科研等工作對葉片面積測量的要求。
[0006]圖像處理法是利用計算機圖像處理技術(shù)進行葉面積測量。目前常用的采樣方法是將一張坐標紙緊密固定在硬塑料板上，作為拍攝背景底板；將待測葉片平展于底板上，確保葉片完全舒展；利用數(shù)碼相機拍照獲取葉片圖像。該取樣方法過分依賴于坐標紙作為圖像的基準標尺，缺乏野外調(diào)查的靈活性，不適用于陰雨天氣，同時，用坐標紙作為拍攝背景底板，不易獲得高反差照片，使得描繪葉片輪廓時容易產(chǎn)生視覺誤差。
[0007]采集后的葉片圖像目前通過計算機有2種處理方法。一種是利用Photoshop軟件，在對這些相片像進行預(yù)處理后，將圖像由RGB圖像轉(zhuǎn)換為色度圖像，再將轉(zhuǎn)換后的灰度圖像進行圖像分割、去噪處理、邊緣提取后可得到標準參照物與被測葉片的像素數(shù)，即得到了面積比。通過公式計算出葉片面積當參照物面積已知，即可得到葉片面積=S1=S2X (T1/T2) (S1為葉片面積，S2為參照物面積,T1為葉片圖像所包含的像素總數(shù)，T2為參照物圖像所包含的像素總數(shù))。該方法步驟繁瑣，適用于對Photoshop軟件較為熟悉的人員，一般人員不易掌握，且費時費力。
[0008]另一是利用AutoCAD軟件，將葉片圖像邊緣用多線段進行描繪，將線段進行閉合后，用面積查詢功能直接測量葉片面積，再通過圖像比例尺進行換算即得到葉片的實際面積。但目前報道的在命令欄種輸入英文字母“C”使多線段閉合的方法，由于葉片的不規(guī)則性，往往很難實現(xiàn)，對AutoCAD軟件不熟悉的人員該種操作方法不易掌握，且在線段閉合過程中花費大量時間，效率不高。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對上述問題，提供一種簡單、操作的植物葉面積測量方法，該方法能夠解決1、透明方格法、復(fù)印稱重法以及葉面積儀器法需要破壞作物群體結(jié)構(gòu)，進行離體葉片，對植物有一定程度的傷害問題；2.解決目前無損測定中葉面積儀器法價格昂貴、測量范圍小、不易普及的問題；3.解決目前直尺簡易測定法中精度不高、應(yīng)用范圍窄的問題；4.解決目前利用Photoshop軟件進行葉片圖像像素分析方法中步驟繁瑣、不易掌握的問題。
[0010]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的一種植物葉面積無損測定方法，其方法及步驟為:
[0011](I)葉片圖像采集，該步驟的具體分步驟為:
[0012]a、選取和測試葉片有明顯反差的拍攝背景底板，然后將坐標尺固定于底板的一側(cè)。
[0013]b、將待測葉片平鋪于底板上，用透明塑料板壓平，確保待測葉片完全伸展；
[0014]C、利用數(shù)碼相機出廠時設(shè)定的拍攝分辨率、圖像存貯像素，拍攝角度近似90°的情況下對葉片進行拍攝；
[0015](2)、室內(nèi)葉面積測量計算，該步驟的具體分步驟為:
[0016]a、將拍攝到的葉片圖像存儲到預(yù)裝有AutoCAD軟件的計算機中；
[0017]b、運行AutoCAD軟件，執(zhí)行“插入”/ “光柵圖像”命令；
[0018]C、根據(jù)打開的“選擇圖像文件”對話框，選擇存儲在計算機中的葉片圖像，然后單擊“打開”按鈕；
[0019]d、在打開的“圖像”對話框中，選擇“在屏幕上指定”復(fù)選項；
[0020]e、用鼠標在適當?shù)奈恢谩⒁赃m當?shù)谋壤蚪嵌炔迦雸D像；
[0021]f、執(zhí)行“工具”/ “查詢”/ “距離”命令；
[0022]g、將光標移到圖像中坐標紙(或鋼板尺、鋼卷尺、帶刻度板夾)的刻度上，測量Icm的距離，此數(shù)值即為該圖像的比例尺；
[0023]h、輸入命令domscale (鎖定比例尺)，然后鍵入剛才查詢到的Icm的距離數(shù)值；
[0024]1、用多段線(命令:PL)描出葉片圖形邊界；
[0025]j、輸入命令region (面域生成命令)回車,選擇封閉圖形的所有邊,使圖形構(gòu)成面域，回車；
[0026]k、然后執(zhí)行“工具”/ “查詢”/ “面域/質(zhì)量特性”命令；按鼠標右鍵，即可得到圖形的面積和周長等數(shù)據(jù)。
[0027]1、對于葉片較小的(如針葉樹)，插入圖像后，進行放大并達到能描繪葉片邊緣的目的，通過實時平移，將光標移到標尺Icm距離位置，測定其數(shù)值；
[0028]m、用多線段描繪出葉片邊緣，執(zhí)行“工具”/ “查詢”/ “面積”命令；
[0029]η、然后從圖形的起點按順序點到終點后按鼠標右鍵，即可得到圖形的面積和周長。
[0030]0、葉片面積(cm2)=圖形面積/圖像比例尺2，葉片周長(cm)=圖形周長/圖像比例尺。對于較小的葉片面積和葉片周長單位可采用mm2和mm。[0031]采用上述方法后，本發(fā)明的優(yōu)點如下:
[0032]1、采用白色硬塑料板或白紙、白紙板作為拍攝葉片圖像背景底板，可獲得高反差圖像，利于葉片邊緣的判別與描繪；同時采用硬塑料攜帶方便，利于野外作業(yè)。
[0033]2、鋼卷尺和鋼板尺是林業(yè)工作者野外調(diào)查的必備工具，將鋼卷尺、鋼板尺用透明膠帶緊密固定在白色硬塑料板的一側(cè)，具有方便靈活的特點，適用于各種天氣狀況。
[0034]3、將坐標紙固定在白色硬塑料板的一側(cè)，可比將坐標紙完全用作拍攝背景底板更利于獲得高反差圖像和葉片邊緣判讀。
[0035]4、利用數(shù)碼相機和AutoCAD軟件，可實現(xiàn)葉面積的無損測定，與目前較為流行的葉面積測定儀相比，具有操作簡便、價格低廉的優(yōu)點。目前市場上數(shù)碼相機千元左右產(chǎn)品完全能滿足葉片采集分辨率的需要，而目前葉面積測定儀價格在萬元以上，節(jié)省資金1/10以上。
[0036]5、采用數(shù)碼相機的全自動功能，利用數(shù)碼相機出廠時設(shè)定的拍攝分辨率、圖像存貯像素，拍攝角度近似90°的情況下對葉片進行拍攝，即可獲得較為清晰的葉片圖像，同時對葉面積測量精度無顯著差異；對于較小的葉片可利用數(shù)碼相機的近拍模式進行拍照。
[0037]6、采用面域生成方法，可有效解決葉片圖形復(fù)雜而導(dǎo)致的多線段不閉合現(xiàn)象，提高葉面積測量工作效率。
[0038]7、對于簡單規(guī)則的圖形，直接采用“工具”/ “查詢”/ “面積”方法，可使一般人員即可掌握葉面積測算方法。
【具體實施方式】
[0039]下面結(jié)合實施例對發(fā)明作進一步詳細地說明。
[0040]本發(fā)明涉及了一種植物葉面積無損測定方法，其方法及步驟為:
[0041](I)、葉片圖像采集，該步驟的具體分步驟為:
[0042]a、選取和測試葉片有明顯反差的拍攝背景底板，然后將坐標尺固定于底板的一側(cè)。
[0043]b、將待測葉片平鋪于底板上，用透明塑料板壓平，確保待測葉片完全伸展；
[0044]C、利用數(shù)碼相機出廠時設(shè)定的拍攝分辨率、圖像存貯像素，拍攝角度近似90°的情況下對葉片進行拍攝；
[0045](2)、室內(nèi)葉面積測量計算，該步驟的具體分步驟為:
[0046]a、將拍攝到的葉片圖像存儲到預(yù)裝有AutoCAD軟件的計算機中；
[0047]b、運行AutoCAD軟件，執(zhí)行“插入” / “光柵圖像”命令；
[0048]C、根據(jù)打開的“選擇圖像文件”對話框，選擇存儲在計算機中的葉片圖像，然后單擊“打開”按鈕；
[0049]d、在打開的“圖像”對話框中，選擇“在屏幕上指定”復(fù)選項；
[0050]e、用鼠標在適當?shù)奈恢?、以適當?shù)谋壤蚪嵌炔迦雸D像；
[0051]f、執(zhí)行“工具”/ “查詢”/ “距離”命令；
[0052]g、將光標移到圖像中坐標紙(或鋼板尺、鋼卷尺、帶刻度板夾)的刻度上，測量Icm的距離，此數(shù)值即為該圖像的比例尺；
[0053]h、輸入命令domscale (鎖定比例尺)，然后鍵入剛才查詢到的Icm的距離數(shù)值；[0054]1、用多段線(命令:PL)描出葉片圖形邊界；
[0055]j、輸入命令region (面域生成命令)回車，選擇封閉圖形的所有邊，使圖形構(gòu)成面域，回車；
[0056]k、然后執(zhí)行“工具”/ “查詢”/ “面域/質(zhì)量特性”命令；按鼠標右鍵，即可得到圖形的面積和周長等數(shù)據(jù)。
[0057]1、對于葉片較小的(如針葉樹)，插入圖像后，進行放大并達到能描繪葉片邊緣的目的，通過實時平移，將光標移到標尺Icm距離位置，測定其數(shù)值；
[0058]m、用多線段描繪出葉片邊緣，執(zhí)行“工具”/ “查詢”/ “面積”命令；
[0059]η、然后從圖形的起點按順序點到終點后按鼠標右鍵，即可得到圖形的面積和周長。
[0060]O、葉片面積(cm2)=圖形面積/圖像比例尺2，葉片周長(cm)=圖形周長/圖像比例尺。對于較小的葉片面積和葉片周長單位可采用mm2和mm。
[0061]在本發(fā)明中采用白色硬塑料板或白紙、白紙板作為拍攝葉片圖像背景底板，可獲得高反差圖像，利于葉片邊緣的判別與描繪；同時采用硬塑料攜帶方便，利于野外作業(yè)；本發(fā)明將鋼卷尺、鋼板尺用透明膠帶緊密固定在白色硬塑料板的一側(cè)，具有方便靈活的特點，適用于各種天氣狀況；本發(fā)明將坐標紙固定在白色硬塑料板的一側(cè)，可比將坐標紙完全用作拍攝背景底板更利于獲得高反差圖像和葉片邊緣判讀。
[0062]本發(fā)明利用數(shù)碼相機和AutoCAD軟件，可實現(xiàn)葉面積的無損測定，與目前較為流行的葉面積測定儀相比，具有操作簡便、價格低廉的優(yōu)點。目前市場上數(shù)碼相機千元左右產(chǎn)品完全能滿足葉片采集分辨率的需要，而目前葉面積測定儀價格在萬元以上，節(jié)省資金1/10以上。
[0063]本發(fā)明采用數(shù)碼相機的全自動功能，利用數(shù)碼相機出廠時設(shè)定的拍攝分辨率、圖像存貯像素，拍攝角度近似90°的情況下對葉片進行拍攝，即可獲得較為清晰的葉片圖像，同時對葉面積測量精度無顯著差異；對于較小的葉片可利用數(shù)碼相機的近拍模式進行拍照。
[0064]本發(fā)明采用面域生成方法，可有效解決葉片圖形復(fù)雜而導(dǎo)致的多線段不閉合現(xiàn)象，提高葉面積測量工作效率。如果是對于簡單規(guī)則的圖形，可直接采用“工具”/ “查詢” / “面積”方法，可使一般人員即可掌握葉面積測算方法。
[0065]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當視為屬于本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種植物葉面積無損測定方法，其特征在于，其方法及步驟為: (1)葉片圖像采集，該步驟的具體分步驟為: a、選取和測試葉片有明顯反差的拍攝背景底板，然后將坐標尺固定于底板的一側(cè)； b、將待測葉片平鋪于底板上，用透明塑料板壓平，確保待測葉片完全伸展； C、利用數(shù)碼相機出廠時設(shè)定的拍攝分辨率、圖像存貯像素，拍攝角度近似90°的情況下對葉片進行拍攝； (2)室內(nèi)葉面積測量計算，該步驟的具體分步驟為: a、將拍攝到的葉片圖像存儲到預(yù)裝有AutoCAD軟件的計算機中； b、運行AutoCAD軟件，執(zhí)行“插入”/“光柵圖像”命令； C、根據(jù)打開的“選擇圖像文件”對話框，選擇存儲在計算機中的葉片圖像，然后單擊“打開”按鈕； d、在打開的“圖像”對話框中，選擇“在屏幕上指定”復(fù)選項； e、用鼠標在適當?shù)奈恢谩⒁赃m當?shù)谋壤蚪嵌炔迦雸D像； f、執(zhí)行“工具”/“查詢”/ “距離”命令； g、將光標移到圖像中坐標紙(或鋼板尺、鋼卷尺、帶刻度板夾)的刻度上，測量Icm的距離，此數(shù)值即為該圖像的比例尺； h、輸入命令domscale(鎖定比例尺)，然后鍵入剛才查詢到的Icm的距離數(shù)值； 1、用多段線(命令:PL)描出葉片圖形邊界； j、輸入命令region (面域生成命令)回車，選擇封閉圖形的所有邊，使圖形構(gòu)成面域，回車； k、然后執(zhí)行“工具”/ “查詢”/ “面域/質(zhì)量特性”命令；按鼠標右鍵，即可得到圖形的面積和周長等數(shù)據(jù)； 1、對于葉片較小的(如針葉樹)，插入圖像后，進行放大并達到能描繪葉片邊緣的目的，通過實時平移，將光標移到標尺Icm距離位置，測定其數(shù)值； m、用多線段描繪出葉片邊緣，執(zhí)行“工具”/ “查詢”/ “面積”命令； η、然后從圖形的起點按順序點到終點后按鼠標右鍵，即可得到圖形的面積和周長； O、葉片面積(cm2)=圖形面積/圖像比例尺2，葉片周長(cm)=圖形周長/圖像比例尺，對于較小的葉片面積和葉片周長單位可采用mm2和mm。
【文檔編號】G01B11/28GK103791861SQ201410046225
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年2月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月10日
【發(fā)明者】趙嶺, 張劍斌, 王闖, 王長海, 趙玉庫, 郭承亮, 劉新宇, 溫寶陽, 邵偉庚, 張旭, 王力剛 申請人:黑龍江省森林與環(huán)境科學研究院