一種基于圖像的植物葉片面積測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種植物葉片面積測(cè)量方法，具體涉及一種基于圖像的植物葉片面積 測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 通過(guò)對(duì)植物葉片面積的測(cè)量可獲得農(nóng)作物的葉面積指數(shù)，葉面積指數(shù)對(duì)監(jiān)測(cè)作物 長(zhǎng)勢(shì)、估產(chǎn)、指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要意義。葉片面積的測(cè)量有多種方法，其中近年來(lái)發(fā)展的 基于圖像的測(cè)量葉片面積的方法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、效率高、易于推廣應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)。圖像由數(shù)碼 相機(jī)采集，通過(guò)軟件獲取圖像中葉片的像素?cái)?shù)，再根據(jù)每個(gè)像素代表的面積，即可計(jì)算得到 圖像中葉片的實(shí)際面積，軟件可使用Photoshop、Matlab、AutoCAD等。拍攝葉片的時(shí)候，在葉 片旁邊放一把尺子，或者將葉片放在網(wǎng)格紙上（網(wǎng)絡(luò)的大小已知），這樣可根據(jù)圖像中的尺 子或者網(wǎng)絡(luò)確定每個(gè)像素所代表的面積。
[0003] 圖像法測(cè)量葉面積的精度主要取決于圖像的質(zhì)量。實(shí)際拍攝中，葉片放在底板上， 然后上面加蓋一塊透明蓋板以使葉片緊貼在底板上。因葉片具有厚度，在底板上有陰影，此 陰影會(huì)被采集到圖像中，而圖像中的陰影與葉片往往難以區(qū)分，從而使得所測(cè)葉片面積變 大；拍攝葉片時(shí)，因光線的入射角和拍攝角度問(wèn)題，圖像中可能出現(xiàn)強(qiáng)反光區(qū)域，反光區(qū)域 為白色，若該區(qū)域內(nèi)有葉片，則葉片的信息被掩蓋，導(dǎo)致無(wú)法準(zhǔn)確的測(cè)量葉面積;相機(jī)采集 的圖像存在著透視變形現(xiàn)象，即近處的物體大，遠(yuǎn)處的物體小，在對(duì)葉片測(cè)量面積時(shí)，透視 變形使得圖像中像素所代表的面積不唯一，從而降低了測(cè)量精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供了一種基于圖像的植物葉片面積測(cè)量方法，解決了圖像法測(cè)量葉面積 時(shí)圖像質(zhì)量差、測(cè)量精度低的問(wèn)題。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：
[0006] -種基于圖像的植物葉片面積測(cè)量方法，采用葉片背光拍攝及圖像輔助仿射校正 裝置進(jìn)行圖像采集，葉片背光拍攝及圖像輔助仿射校正裝置的上表面設(shè)有透視校正框及a、 b、c、d、e、f、g、h八個(gè)紅色矩形，每個(gè)紅色矩形的面積已知，分別記為Sa、Sb、Sc；、Sd、Se、Sf、Sg、 Sh，透視校正框的四個(gè)頂點(diǎn)分別為A、B、C、D，裝置內(nèi)底部安裝有面光源，該測(cè)量方法具體包 括如下步驟：
[0007] S1、拍攝時(shí)葉片置于透視校正框內(nèi)，不得遮蓋紅色矩形，葉片上面加蓋一塊透明蓋 板，以使葉片平整，在葉片上方用數(shù)碼相機(jī)拍照，應(yīng)將透視校正框一并拍在內(nèi)；
[0008] S2、利用Photoshop的透視裁剪功能，根據(jù)相片中透視校正框的A、B、C、D四個(gè)頂點(diǎn) 對(duì)相片進(jìn)行透視裁剪，實(shí)現(xiàn)相片的仿射校正，以使得相片中任意兩像素所代表的面積相同；
[0009] S3、以紅色矩形a為標(biāo)準(zhǔn)，用Photoshop提取紅色矩形a的像素個(gè)數(shù)記為1，單個(gè)像 素所代表的面積為Spixel，貝
；
[0010] S4、檢驗(yàn)仿射校正效果：
[0011 ] S41、用Photoshop分別提取紅色矩形b、c、d、e、f、g、h的像素個(gè)數(shù)，分別記為Nb、Nc、 Nd、Ne、Nf、Ng、Nk ;
[0012] S42、將他具、^、階為、池分別與5[^1相乘可得圖像中紅色矩形13、。、(1、6上8、11 白勺面，夕力[]飛己 Sb-photo、Sc-photo、Sd-photo、Se-photo、Sf-photo、Sg-photo、Sh-photo ;
[0013] S43、計(jì)算Sbjhot。與Sb的變異系數(shù)、Scjhot。與Sc的變異系數(shù)、Sdjhot。與Sd的變異系數(shù)、 Se+phot。與Se的變異系數(shù)、Sf+phot。與Sf的變異系數(shù)、Sg+phot。與Sg的變異系數(shù)、Sh_ Ph〇t。與Sh的變異 系數(shù)，分別記為 CVb、CV。、CVd、CVe、CVf、CVg、CVh;
[0014] S44、計(jì)算CVb、CVc、CVd、CVe、CVf、CVg、CVh的變異系數(shù)，記為CVtotai，若CVtotai < 0 · 02表 示仿射校正效果較好，可進(jìn)行步驟S5的操作，否則轉(zhuǎn)步驟S2重新做透視裁剪；
[0015] S5、設(shè)葉片面積為Sieaf，利用Photoshop提取圖像中葉片的總像素?cái)?shù)，記為Nieaf，通 過(guò)以下公式計(jì)算葉片面積:Sleaf = Nleaf XSpixel。
[0016] 本發(fā)明具有以下有益效果：
[0017] 本發(fā)明使用了面光源，且以背光方式拍攝植物葉片，消除了周圍環(huán)境光對(duì)拍攝的 影響，提高了圖像的質(zhì)量;對(duì)拍攝的圖像進(jìn)行仿射校正，有效的提高了圖像法葉面積測(cè)量的 精度，具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例中葉片背光拍攝及圖像輔助仿射校正裝置的立體圖。
[0019] 圖2為圖1的俯視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 為了使本發(fā)明的目的及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步 詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā) 明。
[0021] 本發(fā)明實(shí)施例所使用的葉片背光拍攝及圖像輔助仿射校正裝置如圖1-2所示，葉 片背光拍攝及圖像輔助仿射校正裝置的上表面設(shè)有透視校正框1及a、b、c、d、e、f、g、h八個(gè) 紅色矩形，每個(gè)紅色矩形的面積已知，分別記為S a、Sb、Sc、Sd、Se、Sf、S g、Sh，透視校正框的四個(gè) 頂點(diǎn)分別為A、B、C、D，裝置內(nèi)底部安裝有面光源，面光源可為多種形式，如呈蜂窩狀排列的 LED、呈正方形排列的LED、呈三角形排列的LED等。
[0022]該測(cè)量方法具體包括如下步驟：
[0023] S1、拍攝時(shí)葉片置于透視校正框內(nèi)，不得遮蓋紅色矩形，葉片上面加蓋一塊透明蓋 板，以使葉片平整，在葉片上方用數(shù)碼相機(jī)拍照，應(yīng)將透視校正框一并拍在內(nèi)；
[0024] S2、利用Photoshop的透視裁剪功能，根據(jù)相片中透視校正框的A、B、C、D四個(gè)頂點(diǎn) 對(duì)相片進(jìn)行透視裁剪，實(shí)現(xiàn)相片的仿射校正，以使得相片中任意兩像素所代表的面積相同； [0025] S3、以紅色矩形a為標(biāo)準(zhǔn)，用Photoshop提取紅色矩形a的像素個(gè)數(shù)記為1，單個(gè)像 素代表的面積為SPiX(3i，貝
[0026] S4、檢驗(yàn)仿射校正效果：
[0027] S41、用Photoshop分別提取紅色矩形b、c、d、e、f、g、h的像素個(gè)數(shù)，分別記為Nb、Nc、 Nd、Ne、Nf、Ng、Nh ;
[0028] S42、將他具、仏、11(3、階為、池分別與31^1相乘可得圖像中紅色矩形13、(3、(1、6上 8、11 白勺面f^R，夕力[]飛己 Sb-photo、Sc-photo、Sd-photo、Se-photo、Sf-photo、Sg-photo、Sh-photo ;
[0029] S43、計(jì)算Sbjhot。與Sb的變異系數(shù)、Scjhot。與Sc的變異系數(shù)、Sdjhot。與Sd的變異系數(shù)、 Se+phot。與Se的變異系數(shù)、Sf+phot。與Sf的變異系數(shù)、Sg+phot。與Sg的變異系數(shù)、Sh_ Phot。與Sh的變異 系數(shù)，分別記為 CVb、CV。、CVd、CVe、CVf、CVg、CVh;
[0030] S44、計(jì)算CVb、CVc、CVd、CVe、CVf、CVg、CV g的變異系數(shù)，記為CVtotai，若CVtotai < 0 · 02表 示仿射校正效果較好，可進(jìn)行步驟S5的操作，否則轉(zhuǎn)步驟S2重新做透視裁剪；
[0031] S5、設(shè)葉片面積為Sieaf，利用Photoshop提取圖像中葉片的總像素?cái)?shù)，記為Nieaf，通 過(guò)以下公式計(jì)算葉片面積:Sleaf = Nleaf XSpixel。
[0032] 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于圖像的植物葉片面積測(cè)量方法，其特征在于，采用葉片背光拍攝及圖像輔 助仿射校正裝置進(jìn)行圖像采集，葉片背光拍攝及圖像輔助仿射校正裝置的上表面設(shè)有透視 校正框及3、13、(3、(1、 64^、11八個(gè)紅色矩形，每個(gè)紅色矩形的面積已知，分別記為53、5^5。、 Sd、Se、Sf、Sg、Sh，透視校正框的四個(gè)頂點(diǎn)分別為A、B、C、D，裝置內(nèi)底部安裝有面光源，該測(cè)量 方法具體包括如下步驟： 51、 拍攝時(shí)葉片置于透視校正框內(nèi)，不得遮蓋紅色矩形，葉片上面加蓋一塊透明蓋板， 以使葉片平整，在葉片上方用數(shù)碼相機(jī)拍照，應(yīng)將透視校正框一并拍在內(nèi)； 52、 利用Photoshop的透視裁剪功能，根據(jù)相片中透視校正框的A、B、C、D四個(gè)頂點(diǎn)對(duì)相 片進(jìn)行透視裁剪，實(shí)現(xiàn)相片的仿射校正，以使得相片中任意兩像素所代表的面積相同； 53、 以紅色矩形a為標(biāo)準(zhǔn)，用Photoshop提取紅色矩形a的像素個(gè)數(shù)記為1，單個(gè)像素所代54、 檢驗(yàn)仿射校正效果： 541、 用?11〇1:〇311(^分別提取紅色矩形13、(3、(1、6、;1^、11的像素個(gè)數(shù)，分別記為他、^、 Nf、Ng、Nh; 542、 將Nb、Nc、Nd、Ne、Nf、Ng、Nh分別與SPi xei相乘可得圖像中紅色矩形b、c、d、e、f、g、h的面 積，分別記為Sb_ph〇t。、Sc phot。、Sd-phot。、Se-phot。、Sf-phot。、Sg-phot。、Sh-photo ; 343、計(jì)算5匕1^。與3咖變異系數(shù)、3。_1^。與3。的變異系數(shù)、5(1_ 1^。與3(1的變異系數(shù)、 Se+phot。與Se的變異系數(shù)、Sf+phot。與Sf的變異系數(shù)、Sg+phot。與Sg的變異系數(shù)、Sh_ Phot。與Sh的變異 系數(shù)，分別記為 CVb、CV。、CVd、CVe、CVf、CVg、CVh; S44、計(jì)算CVb、CV。、CVd、CVe、CVf、CVg、CVh的變異系數(shù)，記為CVtotai，若CV t〇tai < 0 · 02表示仿 射校正效果較好，可進(jìn)行步驟S5的操作，否則轉(zhuǎn)步驟S2重新做透視裁剪； 55、 設(shè)葉片面積為Sleaf，利用Photoshop提取圖像中葉片的總像素?cái)?shù)，記為Nleaf，通過(guò)以 下公式計(jì)算葉片面積:Sleaf = Nleaf X Spixel。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于圖像的植物葉片面積測(cè)量方法，包括如下步驟：采用上表面設(shè)有透視校正框及a、b、c、d、e、f、g、h八個(gè)紅色矩形的裝置進(jìn)行葉片面積的采集；利用PhotoShop的透視裁剪功能，根據(jù)相片中透視校正框的A、B、C、D四個(gè)頂點(diǎn)對(duì)相片進(jìn)行透視裁剪，實(shí)現(xiàn)相片的仿射校正，以使得相片中任意兩像素所代表的面積相同；計(jì)算圖像中不同矩形的面積與已知面積間的變異系數(shù)，并對(duì)所得的變異系數(shù)再次計(jì)算變異系數(shù)，若變異系數(shù)小于2％，則可計(jì)算葉片面積，否則需重新對(duì)所拍攝的植物葉片圖像做仿射校正。本發(fā)明使用了面光源，且以背光方式拍攝植物葉片，消除了周圍環(huán)境光對(duì)拍攝的影響，提高了圖像的質(zhì)量。
【IPC分類】G01B11/28
【公開(kāi)號(hào)】CN105674918
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201511026465
【發(fā)明人】劉乃森, 劉福霞, 張夢(mèng)雅, 陳國(guó)棟, 夏靜, 張婷, 吳賀賀, 楊婷, 唐鈺, 李金燕, 楊丹妮, 馬蘭
【申請(qǐng)人】淮陰師范學(xué)院
【公開(kāi)日】2016年6月15日
【申請(qǐng)日】2015年12月20日