[發明專利]一種徒手拍照葉片面積測量方法

無效

• 申請號: 201010157152.4
• 申請日: 2010-04-23
• 公開（公告）號: CN101813469A
• 公開（公告）日: 2010-08-25
• 發明（設計）人: 王乾;吳彥;吳寧;羅鵬
• 申請（專利權）人: 中國科學院成都生物研究所
• 主分類號: G01B11/28
• 分類號: G01B11/28;G01C11/04
• 代理公司: 成都賽恩斯知識產權代理事務所(普通合伙) 51212
• 代理人: 肖國華

技術領域

本發明涉及一種測量方法，特別是涉及一種徒手拍照葉片面積測量方法。

背景技術

植物葉面積指標是農業、林業、生態學、植物學等研究領域的重要內容之一。葉面積的大小是衡量植物光合能力的指標之一，葉面積的變化又是植物發育指標與環境變化指標之一。因此準確測量葉面積及其變化對掌握植物發育狀態、了解植物對環境的響應、確定合理的管理環境模式具有重要的意義。

當前葉面積測量的方法多樣，其中圖像測量法由于只需獲得葉片的圖像就能測量葉片的面積，可以不對植物葉片造成損傷，因此在植物葉面積測量方面很受歡迎。如加拿大REGENT公司的Winfolia系統，其葉片圖像獲取采用平面掃描儀或者俯視照相法得到，圖像最后經過計算機處理得到葉片的面積。但是，葉面積的測量很多時候是在野外開展的，要求能迅速完成以防止葉片脫水收縮造成的誤差，有時候甚至需要在活體植株上完成測量。這些條件都確定了在野外測量時使用大型的、高耗電的商業儀器是不現實的。因此輕便小巧、方便快捷，特別是能夠充分適應野外工作條件的葉面積測量方法與技術的提供是研究者所共同希望的。

專利號為ZL?200510086647.1，授權公告號為CN100443856C，名稱為“一種平面葉片面積無損測量系統及其方法”的中國發明專利公開了一種葉面積測量方法。該方法通過圖像采集單元得到附著在標定板上的平面葉片圖像，圖像校正單元根據圖像和標定板上的同名點，計算出圖像上的像素和實際物體的射影對應關系，并且對圖像進行正射校正；葉片圖像分割單元將葉片的圖像從背景中分離出來；葉片面積計算單元根據射影對應關系，計算出正射校正后的葉片圖像的面積。該測量系統及方法至少存在四方面的不足：一、在轉換坐標的計算上采用自動的角點搜尋法(grid?corner?extraction)，即標定版上必須有方格網絡，并且需要保證標定版上的網格足夠，控制點圍成的區域不能有葉片遮擋，為此該技術方案專門使用自行設計的PCB作為標定板，這就限制了該測量方法的適用性也增加了設備成本。二、由于在圖像處理時采用了自動角點搜尋法，則要求照片上的各個角點必須黑白分明以使計算機能夠清楚辨別，并且照片也不能有較大的圖片畸變。因此該方法在對葉片拍照時對拍照角度有較大限制，對成像質量要求較高，這樣的拍照要求在野外工作現場有時是難以實現的。該專利方法的適用性會在測量植物的葉面積時有所限制。三、在圖像葉片分割上采用了兩種色彩分割與一種手工多邊形分割共3種分割法。色彩分割法要求圖像上葉片與背景差異極其顯著，而且葉片整體上的色彩要一致才能達到良好的分割效果。但在實際狀況下這樣的要求很難達到，因而所得圖像分割質量很差；而手工分割法則非常費時辛苦。綜合之下，該方法在圖像葉片分割處理上的質量是很低的。并且，使用商業軟件PHOTOSHOP或者免費圖像處理軟件GIMP就已經可以方便地獲得較上述專利方法分離效果更好的葉片圖像，因此該方法既無簡潔的操作也無良好的效果。四、由于采用了前述的葉片分割處理方法，因此該測量方法在葉片較多時實際處理效果不會很好，特別是由于較厚葉片產生的葉片邊緣陰影，以及復雜的葉片顏色等因素都會使該方法處理能力降低。

發明內容

本發明的目的就是針對現有技術的不足，提供一種設備輕便小巧，操作簡單易行，不受電力供應影響，特別適應于野外實用的葉面積測量方法。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種徒手拍照葉片面積測量方法，包括葉平面圖像采集過程、葉平面圖像變換過程和葉面積計算過程，其特征在于：所述葉平面圖像采集過程是對葉片拍照，拍照時將葉片放置在標準模板上，所述標準模板上帶有至少四個標準控制點，且任意三個標準控制點不在同一直線上，各標準控制點平面坐標已知，拍照得到拍攝圖像A，所述拍攝圖像A中攝有至少四個標準控制點，且任意三個標準控制點不在同一直線上；所述葉平面圖像變換過程是將拍攝圖像A進行投影轉換得到正射圖像B，圖像轉換以標準控制點坐標位置與其在拍攝圖像A中的坐標位置間的對應關系為依據；所述葉面積計算過程是使用圖像處理軟件計算得到正射圖像B中各葉片圖像面積。

上述方法在將原始圖像A轉換成正射圖像B時，其原理在于：從一個平面到另一個平面的投影變換可以用一個3×3的變換矩陣表示(方程1)：