[發(fā)明專利]一種基于手機的快速檢測葉片面積的方法及裝置

有效

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• 申請日: 2011-11-01
• 公開（公告）號: CN102506772A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭文川;周超超;劉興林;韓文霆
• 申請（專利權(quán)）人: 西北農(nóng)林科技大學
• 主分類號: G01B11/28
• 分類號: G01B11/28;H04M1/21
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

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背景技術(shù)

本發(fā)明涉及一種葉片面積的檢測方法，具體地說是涉及一種基于手機的快速檢測葉片面積的方法及裝置。葉片是植物進行光合作用合成有機物的重要器官，也是植物進行蒸騰的主要途徑。研究植物葉片的各種參數(shù)對植物的生長發(fā)育、作物產(chǎn)量以及栽培管理等都具有十分重要的意義。建立方便、快速、準確的植物葉片分析方法，對于調(diào)整群體結(jié)構(gòu)、充分利用光熱資源，從而指導作物栽培密度及合理施肥以獲得作物高產(chǎn)有著重要的意義。

葉面積是作物栽培和育種實踐中常用的指標，是農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)的評價指標，也是理想株型選育、測定害蟲危害損失的重要指標，利用該參數(shù)可計算作物的用水量、蒸騰作用及產(chǎn)量等，也可分析植物的生長狀況，并且建立植物生長模型。葉片是植物進行光合作用合成有機物的重要器官，葉面積的大小在一定程度上直接影響著農(nóng)作物的產(chǎn)量。植物學研究人員在野外考察時，時常需要獲取植物葉片的面積。因此建立方便、準確的葉面積測定方法，對于指導農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐活動，制定高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)和高效的栽培技術(shù)措施具有積極的意義。

目前常用的方法有兩大類：一類是破壞性葉片面積測定方法，包括方格法、稱重法、像素掃描法等方法，這些方法不能活體測量，將會損壞葉片；第二類是非破壞性葉片面積測定方法，包括回歸法、圖像處理法和光電法等方法。目前的圖像處理法是用各種成像設(shè)備將葉片圖像采集為數(shù)字圖像，再傳到計算機后用Matlab或自己編程實現(xiàn)面積測量，總的來說，這些都方法比較復雜，過程較為繁瑣。

（1）破壞性葉片面積測定方法

破壞性葉片面積測定方法必須在采摘葉片后進行測定，這樣不僅取樣不方便，破壞植物體，而且還要花費大量的時間，也無法對同一葉片進行動態(tài)測定。具體的方法有：

a、方格法

把葉片整體輪廓描在準備好的、繪制有一定邊長的方格計算紙上，統(tǒng)計葉片輪廓所占據(jù)的方格數(shù)。在統(tǒng)計方格數(shù)時規(guī)定：如果葉片輪廓邊緣覆蓋了方格面積的二分之一以上，按一介方格統(tǒng)計；如果葉片輪廓邊緣所覆蓋的方格面積不足方格的二分之一以上，則舍去不予統(tǒng)計。最后把葉片所占的方格數(shù)進行統(tǒng)計，求出所有方格的面積之和，即為葉片的面積。這種方法的精度受到方格大小的影響，方格越小，精度越高，但同時帶來很大的工作量；方格面積取得較大時，雖然可以減少工作量，但是測量精度比價低。另外，該方法對不規(guī)則的葉片測量更為困難。

b、稱重法

稱重法大致可以分為兩種。一種是采用質(zhì)地均勻的標準紙，分析得到標準紙的單位重量面積；然后將葉片平鋪覆蓋在標準紙上，沿著葉片邊緣剪下標準紙（或者復印得到葉片輪廓在標準紙上的投影，沿著投影線剪下標準紙），用電子天平測量剪下標準紙的重量，用測量得到的標準紙重量乘以標準紙的單位重量面積，得到葉片的重量。另一種是基于相近葉位葉片的比葉重（單位面積下的葉片質(zhì)量）相對穩(wěn)定的原理，通過預先測定采樣區(qū)部分葉片的葉面積與這些葉片相應的干重的比值得到比葉重；然后通過測量得到被測葉片的干重，再換算得到相應葉片的面積，這種方法在一定程度上可以減少工作量。第一種稱重法的測量精度受到標準紙剪裁精度的影響，第二種稱重法的測量精度與葉片比葉重的變異程度相關(guān)。

c，像素掃描法

把被測定的葉片采摘下來后，通過掃描儀掃描測定葉片與標準參照物所占的像素；通過其他輔助方法或軟件，如Photoshop、Matlab等方法，分別獲取兩者的像素；通過參考標準計算得到一個像素所占的面積，然后以該值與葉片所占像素個數(shù)的乘積作為葉片的面積。這種方法可以精確測量得到葉片面積，但是需要把葉片采摘下來，同時還需要對掃描的圖像進行分割、去噪等操作，因而測量步驟比較繁雜。

（2）非破壞性葉片面積測定方法

非破壞性葉片面積測定方法可以在不損害葉片的前提下，連續(xù)對葉片面積進行測定，主要方法有：

a、回歸法

這種方法通常是根據(jù)不同葉片的特征，選取葉片的幾個關(guān)鍵特征數(shù)值，建立這些特征數(shù)值與被測葉片面積間的函數(shù)回歸關(guān)系，而實現(xiàn)對葉片的非破壞測定。如一般情況下選擇若干將要測定的葉片，分別測定葉片的面積、長和寬，建立葉片長與寬的乘積作為自變量、葉片面積作為依變量的回歸方程，來實現(xiàn)對預測葉片面積的估算。這種方法可以在不損害葉片的條件下動態(tài)測定葉片的面積。這種方法需要在測量前事先測量大量葉片建立回歸方程，而且測量誤差較大。

b、數(shù)碼相機圖像法