一種植物葉面積無(wú)損測(cè)定方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種植物葉面積無(wú)損測(cè)定方法，其主要采用了葉片圖像采集法和室內(nèi)葉面積測(cè)量計(jì)算法來(lái)進(jìn)行測(cè)量和計(jì)算，其中葉片圖像采集法采用數(shù)碼相機(jī)、拍攝背景底板、坐標(biāo)紙以及鋼卷尺等作為工具，操作簡(jiǎn)單易行且攜帶方便；尤其是利用數(shù)碼相機(jī)出廠時(shí)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(duì)葉片進(jìn)行拍攝，即可獲得較為清晰的葉片圖像，同時(shí)對(duì)葉面積測(cè)量精度無(wú)顯著差異；室內(nèi)葉面積測(cè)量計(jì)算法是將拍攝到的葉片圖像存儲(chǔ)到預(yù)裝有AutoCAD軟件的計(jì)算機(jī)中，運(yùn)用運(yùn)行AutoCAD軟件來(lái)測(cè)量和計(jì)算植物葉面積；利用數(shù)碼相機(jī)和AutoCAD軟件相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)葉面積的無(wú)損測(cè)定，與目前較為流行的葉面積測(cè)定儀相比，具有操作簡(jiǎn)便、價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種植物葉面積無(wú)損測(cè)定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種植物葉測(cè)量方法，尤其涉及一種植物葉面積無(wú)損測(cè)定方法。
【背景技術(shù)】
[0002]葉面積測(cè)定有好多種方法，如方格法、稱重法、葉面積測(cè)量?jī)x法、系數(shù)法以及計(jì)箕機(jī)和軟件組合法.不同的方法，其精確度，測(cè)量范圍以及使用場(chǎng)合不同。
[0003]方格法是一種傳統(tǒng)的葉面積測(cè)量方法，不僅成本低，而且簡(jiǎn)單易懂。但是在測(cè)量過(guò)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(cè)量結(jié)果精確度也不是很高。尤其對(duì)于一些不規(guī)則形狀的葉片時(shí)，其精確度就會(huì)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(cè)量方法。成本低，操作簡(jiǎn)便，測(cè)量結(jié)果的精確度也比方格法高，但測(cè)量不規(guī)則形狀的葉片時(shí)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(cè)量。
[0005]傳統(tǒng)葉面積測(cè)量還有系數(shù)法、葉面儀測(cè)量法等。其中系數(shù)法利用平均原理，可以進(jìn)行非破壞性測(cè)定，但必須用其它方法確定系數(shù)之后才能用，且系數(shù)會(huì)隨品種的不同而不同，結(jié)果誤差也較大，葉面儀測(cè)量法精度很高，速度快，但其價(jià)格昂貴，維修不方便，它破壞作物群體結(jié)構(gòu)且對(duì)測(cè)量的葉子大小也有一定的限制。因此傳統(tǒng)方法存在著測(cè)量不準(zhǔn)確、操作煩瑣、破壞作物生長(zhǎng)、測(cè)量范圍窄等一系列缺點(diǎn)，不能滿足科研等工作對(duì)葉片面積測(cè)量的要求。
[0006]圖像處理法是利用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)進(jìn)行葉面積測(cè)量。目前常用的采樣方法是將一張坐標(biāo)紙緊密固定在硬塑料板上，作為拍攝背景底板；將待測(cè)葉片平展于底板上，確保葉片完全舒展；利用數(shù)碼相機(jī)拍照獲取葉片圖像。該取樣方法過(guò)分依賴于坐標(biāo)紙作為圖像的基準(zhǔn)標(biāo)尺，缺乏野外調(diào)查的靈活性，不適用于陰雨天氣，同時(shí)，用坐標(biāo)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(shí)容易產(chǎn)生視覺(jué)誤差。
[0007]采集后的葉片圖像目前通過(guò)計(jì)算機(jī)有2種處理方法。一種是利用Photoshop軟件，在對(duì)這些相片像進(jìn)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(jìn)行圖像分割、去噪處理、邊緣提取后可得到標(biāo)準(zhǔn)參照物與被測(cè)葉片的像素?cái)?shù)，即得到了面積比。通過(guò)公式計(jì)算出葉片面積當(dāng)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(duì)Photoshop軟件較為熟悉的人員，一般人員不易掌握，且費(fèi)時(shí)費(fèi)力。
[0008]另一是利用AutoCAD軟件，將葉片圖像邊緣用多線段進(jìn)行描繪，將線段進(jìn)行閉合后，用面積查詢功能直接測(cè)量葉片面積，再通過(guò)圖像比例尺進(jìn)行換算即得到葉片的實(shí)際面積。但目前報(bào)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(shí)現(xiàn)，對(duì)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(guò)程中花費(fèi)大量時(shí)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(wèn)題是，針對(duì)上述問(wèn)題，提供一種簡(jiǎn)單、操作的植物葉面積測(cè)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(jìn)行離體葉片，對(duì)植物有一定程度的傷害問(wèn)題；2.解決目前無(wú)損測(cè)定中葉面積儀器法價(jià)格昂貴、測(cè)量范圍小、不易普及的問(wèn)題；3.解決目前直尺簡(jiǎn)易測(cè)定法中精度不高、應(yīng)用范圍窄的問(wèn)題；4.解決目前利用Photoshop軟件進(jìn)行葉片圖像像素分析方法中步驟繁瑣、不易掌握的問(wèn)題。
[0010]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的一種植物葉面積無(wú)損測(cè)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(cè)試葉片有明顯反差的拍攝背景底板，然后將坐標(biāo)尺固定于底板的一側(cè)。
[0013]b、將待測(cè)葉片平鋪于底板上，用透明塑料板壓平，確保待測(cè)葉片完全伸展；
[0014]C、利用數(shù)碼相機(jī)出廠時(shí)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(duì)葉片進(jìn)行拍攝；
[0015](2)、室內(nèi)葉面積測(cè)量計(jì)算，該步驟的具體分步驟為:
[0016]a、將拍攝到的葉片圖像存儲(chǔ)到預(yù)裝有AutoCAD軟件的計(jì)算機(jī)中；
[0017]b、運(yùn)行AutoCAD軟件，執(zhí)行“插入”/ “光柵圖像”命令；
[0018]C、根據(jù)打開(kāi)的“選擇圖像文件”對(duì)話框，選擇存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中的葉片圖像，然后單擊“打開(kāi)”按鈕；
[0019]d、在打開(kāi)的“圖像”對(duì)話框中，選擇“在屏幕上指定”復(fù)選項(xiàng)；
[0020]e、用鼠標(biāo)在適當(dāng)?shù)奈恢谩⒁赃m當(dāng)?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(biāo)移到圖像中坐標(biāo)紙(或鋼板尺、鋼卷尺、帶刻度板夾)的刻度上，測(cè)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(biāo)右鍵，即可得到圖形的面積和周長(zhǎng)等數(shù)據(jù)。
[0027]1、對(duì)于葉片較小的(如針葉樹(shù))，插入圖像后，進(jìn)行放大并達(dá)到能描繪葉片邊緣的目的，通過(guò)實(shí)時(shí)平移，將光標(biāo)移到標(biāo)尺Icm距離位置，測(cè)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(diǎn)按順序點(diǎn)到終點(diǎn)后按鼠標(biāo)右鍵，即可得到圖形的面積和周長(zhǎng)。
[0030]0、葉片面積(cm2)=圖形面積/圖像比例尺2，葉片周長(zhǎng)(cm)=圖形周長(zhǎng)/圖像比例尺。對(duì)于較小的葉片面積和葉片周長(zhǎng)單位可采用mm2和mm。[0031]采用上述方法后，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)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(shí)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(diǎn)，適用于各種天氣狀況。
[0034]3、將坐標(biāo)紙固定在白色硬塑料板的一側(cè)，可比將坐標(biāo)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(jī)和AutoCAD軟件，可實(shí)現(xiàn)葉面積的無(wú)損測(cè)定，與目前較為流行的葉面積測(cè)定儀相比，具有操作簡(jiǎn)便、價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)。目前市場(chǎng)上數(shù)碼相機(jī)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(cè)定儀價(jià)格在萬(wàn)元以上，節(jié)省資金1/10以上。
[0036]5、采用數(shù)碼相機(jī)的全自動(dòng)功能，利用數(shù)碼相機(jī)出廠時(shí)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(duì)葉片進(jìn)行拍攝，即可獲得較為清晰的葉片圖像，同時(shí)對(duì)葉面積測(cè)量精度無(wú)顯著差異；對(duì)于較小的葉片可利用數(shù)碼相機(jī)的近拍模式進(jìn)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(cè)量工作效率。
[0038]7、對(duì)于簡(jiǎn)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(cè)算方法。
【具體實(shí)施方式】
[0039]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)地說(shuō)明。
[0040]本發(fā)明涉及了一種植物葉面積無(wú)損測(cè)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(cè)試葉片有明顯反差的拍攝背景底板，然后將坐標(biāo)尺固定于底板的一側(cè)。
[0043]b、將待測(cè)葉片平鋪于底板上，用透明塑料板壓平，確保待測(cè)葉片完全伸展；
[0044]C、利用數(shù)碼相機(jī)出廠時(shí)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(duì)葉片進(jìn)行拍攝；
[0045](2)、室內(nèi)葉面積測(cè)量計(jì)算，該步驟的具體分步驟為:
[0046]a、將拍攝到的葉片圖像存儲(chǔ)到預(yù)裝有AutoCAD軟件的計(jì)算機(jī)中；
[0047]b、運(yùn)行AutoCAD軟件，執(zhí)行“插入” / “光柵圖像”命令；
[0048]C、根據(jù)打開(kāi)的“選擇圖像文件”對(duì)話框，選擇存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中的葉片圖像，然后單擊“打開(kāi)”按鈕；
[0049]d、在打開(kāi)的“圖像”對(duì)話框中，選擇“在屏幕上指定”復(fù)選項(xiàng)；
[0050]e、用鼠標(biāo)在適當(dāng)?shù)奈恢谩⒁赃m當(dāng)?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(biāo)移到圖像中坐標(biāo)紙(或鋼板尺、鋼卷尺、帶刻度板夾)的刻度上，測(cè)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(biāo)右鍵，即可得到圖形的面積和周長(zhǎng)等數(shù)據(jù)。
[0057]1、對(duì)于葉片較小的(如針葉樹(shù))，插入圖像后，進(jìn)行放大并達(dá)到能描繪葉片邊緣的目的，通過(guò)實(shí)時(shí)平移，將光標(biāo)移到標(biāo)尺Icm距離位置，測(cè)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(diǎn)按順序點(diǎn)到終點(diǎn)后按鼠標(biāo)右鍵，即可得到圖形的面積和周長(zhǎng)。
[0060]O、葉片面積(cm2)=圖形面積/圖像比例尺2，葉片周長(zhǎng)(cm)=圖形周長(zhǎng)/圖像比例尺。對(duì)于較小的葉片面積和葉片周長(zhǎng)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(shí)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(diǎn)，適用于各種天氣狀況；本發(fā)明將坐標(biāo)紙固定在白色硬塑料板的一側(cè)，可比將坐標(biāo)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(jī)和AutoCAD軟件，可實(shí)現(xiàn)葉面積的無(wú)損測(cè)定，與目前較為流行的葉面積測(cè)定儀相比，具有操作簡(jiǎn)便、價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)。目前市場(chǎng)上數(shù)碼相機(jī)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(cè)定儀價(jià)格在萬(wàn)元以上，節(jié)省資金1/10以上。
[0063]本發(fā)明采用數(shù)碼相機(jī)的全自動(dòng)功能，利用數(shù)碼相機(jī)出廠時(shí)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(duì)葉片進(jìn)行拍攝，即可獲得較為清晰的葉片圖像，同時(shí)對(duì)葉面積測(cè)量精度無(wú)顯著差異；對(duì)于較小的葉片可利用數(shù)碼相機(jī)的近拍模式進(jìn)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(cè)量工作效率。如果是對(duì)于簡(jiǎn)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(cè)算方法。
[0065]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種植物葉面積無(wú)損測(cè)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(cè)試葉片有明顯反差的拍攝背景底板，然后將坐標(biāo)尺固定于底板的一側(cè)； b、將待測(cè)葉片平鋪于底板上，用透明塑料板壓平，確保待測(cè)葉片完全伸展； C、利用數(shù)碼相機(jī)出廠時(shí)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(duì)葉片進(jìn)行拍攝； (2)室內(nèi)葉面積測(cè)量計(jì)算，該步驟的具體分步驟為: a、將拍攝到的葉片圖像存儲(chǔ)到預(yù)裝有AutoCAD軟件的計(jì)算機(jī)中； b、運(yùn)行AutoCAD軟件，執(zhí)行“插入”/“光柵圖像”命令； C、根據(jù)打開(kāi)的“選擇圖像文件”對(duì)話框，選擇存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中的葉片圖像，然后單擊“打開(kāi)”按鈕； d、在打開(kāi)的“圖像”對(duì)話框中，選擇“在屏幕上指定”復(fù)選項(xiàng)； e、用鼠標(biāo)在適當(dāng)?shù)奈恢谩⒁赃m當(dāng)?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(biāo)移到圖像中坐標(biāo)紙(或鋼板尺、鋼卷尺、帶刻度板夾)的刻度上，測(cè)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(biāo)右鍵，即可得到圖形的面積和周長(zhǎng)等數(shù)據(jù)； 1、對(duì)于葉片較小的(如針葉樹(shù))，插入圖像后，進(jìn)行放大并達(dá)到能描繪葉片邊緣的目的，通過(guò)實(shí)時(shí)平移，將光標(biāo)移到標(biāo)尺Icm距離位置，測(cè)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(diǎn)按順序點(diǎn)到終點(diǎn)后按鼠標(biāo)右鍵，即可得到圖形的面積和周長(zhǎng)； O、葉片面積(cm2)=圖形面積/圖像比例尺2，葉片周長(zhǎng)(cm)=圖形周長(zhǎng)/圖像比例尺，對(duì)于較小的葉片面積和葉片周長(zhǎng)單位可采用mm2和mm。
【文檔編號(hào)】G01B11/28GK103791861SQ201410046225
【公開(kāi)日】2014年5月14日 申請(qǐng)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(zhǎng)海, 趙玉庫(kù), 郭承亮, 劉新宇, 溫寶陽(yáng), 邵偉庚, 張旭, 王力剛 申請(qǐng)人:黑龍江省森林與環(huán)境科學(xué)研究院