一种基于激光与图像处理技术的叶面积测量方法技术

本发明专利技术公开了一种基于激光与图像处理技术的叶面积测量方法，包括如下步骤:安装激光源与摄像头，调整激光源位置使得激光中心轴与摄像头中心平行，使用平行测试装置检验二者平行，调节平行后测得两者中心间的距离；将安装好的设备接入便携式计算机，将需测量的叶片夹入叶片夹，摄像头拍摄范围包括叶片夹内叶片和激光照射光斑；在计算机上通过数字图像处理方法对采集的叶片图像进行分析处理，得到每个像素代表的实际面积以及叶片区域所占的总像素个数，计算出叶片的实际面积。本方法根据光学成像的原理和数字图像处理技术，提高了叶片面积的检测精度以及检测速度，降低了测量设备复杂度和成本，具有精度高、速度快、操作简便、非破坏性、设备成本低等特点，可有效应用于叶面积测量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光与图像处理技术的叶面积测量方法
本专利技术属于测量技术，尤其涉及一种基于激光与图像处理技术的叶面积测量方法。
技术介绍
叶面积作为标定植物生长发育、长势、遗传特性等生理生化反应过程的主要参数，广泛应用于农业科研服务和生产中。叶面积测定技术可以分为传统测量法和基于计算机图像处理技术的测量法。传统叶面积测量主要有网格法、称重法、系数法、叶面仪测量法等。其中网格法测量的精度较高，但是速度很慢；称重法比较烦琐，不能精确测定单片叶子的面积，误差较大，并且需要从植物上采集大量的叶片，进行破坏性测量，这将对植物造成一定程度的伤害，进而会影响到农学试验的连续性；系数法利用平均原理，可以进行非破坏性测定，但必须用其它方法确定系数之后才能用，且系数会随品种的不同而不同，结果误差也较大；叶面仪测量法的精度很高，速度快，但其价格昂贵，维修不方便，它破坏作物群体结构且对测量的叶子大小也有一定的限制。近年来，随着计算机技术的迅速发展，数字图像处理技术不断成熟和完善，图像处理技术辅助以计算机图像获取设备和计算机编程实现对植物叶片进行分析、测量的研究应用也正在不断发展进步。申请号为201210565286.9、专利技术名称为“一种基于激光和图像的叶面积测量方法”中国专利技术专利申请使用激光测距仪和标准板，采用光学成像的原理和图像处理方法测量叶面积。但是，该专利申请需要利用激光进行距离测量，使得其计算精度要求高，因此设备复杂度高、成本高，同时标准板要求固定，普适性较差。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种精度高、速度快、操作简便、非破坏性、设备成本低的叶面积测量方法。为了达到上述目的，本专利技术提出的技术方案为：一种叶面积测量方法，基于激光与图像处理技术，所述测量方法包括如下步骤：步骤1，安装摄像头和激光源于手持设备上，并调整激光源位置使得激光中心轴与摄像头中心平行，测得摄像头和激光源两者中心间的距离；步骤2，将安装好的手持设备接入便携式计算机，将要测量的叶片夹入叶片夹，拍摄范围覆盖叶片夹内的叶片和激光光斑；步骤3，通过数字图像处理方法对采得叶片图像进行处理、计算，得到实际叶面积。在步骤3中，本专利技术设备采得的图像格式为jpg，图像计算叶片面积时采用RGB色彩模式，首先得到采集的图像R分量、G分量、B分量，然后进行下列步骤：步骤31、计算图像中心坐标：利用采集的图像分辨率参数计算图像中心坐标；步骤32、计算激光光斑中心坐标：首先采用差分法对图像R分量、G分量进行减运算，突显出光斑部分，再将其进行阈值分割、二值化、空间域中值滤波处理，得到规则的激光光斑图像，再利用规则平面图形心计算法得到激光光斑中心坐标；步骤33、计算每个像素代表的实际面积：根据求得的图像中心坐标和激光光斑中心坐标计算出两点的像素距离，再由已知的二者间实际距离可计算得到每个像素的边长，由正方形面积计算公式可得每个像素代表的实际面积；步骤34、叶片总像素统计，计算叶片面积：对叶片图像G分量进行阈值分割、二值化、填充处理将叶片区域与背景分开，统计叶片区域所占的像素总数，根据计算得到的每个像素的实际面积，利用叶面积计算公式计算叶片的实际面积。综上所述，本专利技术所述叶面积测量方法通过安装激光源和摄像头，调整激光源位置使得激光中心轴与摄像头中心平行；摄像头采集图像区域包括叶片夹内叶片和激光照射光斑，得到测量叶面积所需图像；之后，在计算机上编程实现对采集的图像进行分析处理：计算图像中心坐标、提取激光光斑区域、图像去噪、计算激光光斑中心坐标、计算叶片面积。本专利技术根据光学成像原理，以数字图像处理技术和计算机编程为基础，同时利用激光源方向性好、亮度高、单色性好等优点，简化了叶面积测量的分析处理流程，降低了测量设备复杂度和成本，具有精度高、速度快、操作简便、非破坏性、设备成本低等特点，可广泛应用于叶面积的测量。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：图1为本专利技术所述叶面积测量操作示意图；图2为本专利技术设计的手持图像采集装置示意图；其中，图2-a为本专利技术设计的手持图像采集装置正视图；图2-b为本专利技术设计的手持图像采集装置俯视图；图2-c为本专利技术设计的手持图像采集装置侧视图；图2-d为本专利技术设计的手持图像采集装置整体图；图3为本专利技术设计的叶片夹装置示意图；图4为本专利技术中手持装置平行测试装置图；图5为本专利技术中手持装置平行校正过程示意图；图6为本专利技术提取激光光斑效果图；图7为本专利技术处理叶面区域识别效果图。图2中标记说明：1摄像头；2激光源；3激光源上侧调节螺丝；4激光源右侧调节螺丝；具体实施方式下面将结合本专利技术的附图，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。一种基于激光与图像处理技术的叶面积测量方法，它包括如下具体步骤：步骤1、图像采集设备组装时在将摄像头1与激光源2安装于一个手持装置上，如图2所示。激光源2上侧和右侧分别安装调节螺丝3和调节螺丝4用以调整激光源2的位置使得激光中心与摄像头中心平行，二者是否平行可用平行测试装置，如图4所示的装置进行检验，具体检验过程如下：将安装好的手持设备与测试装置（安装于固定架上的画有固定长度标记的白纸）平行的放置于一条直线上，如图5所示，在两个不同距离处拍摄两张测试图像，执行平行检验程序，若在两处计算得到的标记（测试装置上的）长度结果相同，说明此时激光源2与摄像头1是平行的；若计算结果不同，则应根据计算结果调节激光源2的位置，直至二者平行即可。调节平行后可用卡尺测得激光源2与摄像头1的实际距离D，已知激光源2的直径Rr和摄像头1的半径Rc，由下列公式进而求得摄像头1中心与激光源2中心的实际距离d；步骤2、本专利技术设计的手持设备为USB接口装置，可直接接入计算机，且无需驱动程序。叶片夹为一上板为透明有机玻璃，下板为白色有机玻璃的夹式装置，如图3所示，且两板之间保留一定距离，可有效地将叶片展开的同时不至于破坏活体叶片；后板为白色，与叶片颜色（多为绿色、青色）以及激光点颜色（红色，波长650nm）对比较为明显；叶片夹尺寸选择由需测量的叶片决定；步骤3、本专利技术设备采得的图像格式为jpg图像。计算叶片面积时采用RGB色彩模式，R代表红色，首先得到采集的图像R（红色）分量、G（绿色）分量、B（蓝色）分量，然后按照如下步骤分别计算得到图像中心坐标、激光光斑中心、叶片像素统计，最后计算叶片面积：步骤31、图像中心坐标计算：摄像头的参数是设定好的，采集图像后图像的分辨率是固定已知的，即图像的水平方向（x轴）和垂直方向（y轴）的像素个数是已知的，假设分别为Lx和Ly，那么图像中心坐标(xc,yc)的计算公式为：步骤32、激光光斑中心坐标计算：该计算过程按照先提取激光光斑区域，然后进行图像滤噪，最后计算激光光斑中心坐标的顺序进行：步骤321、激光光斑区域提取：在白色背本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于激光与图像处理技术的叶面积测量方法，其特征在于，所描述测量方法包括如下步骤：步骤11，安装摄像头和激光源于手持设备上，并调整激光源位置使得激光中心轴与摄像头中心平行，测得摄像头和激光源两者中心间的距离；步骤12，将安装好的手持设备接入便携式计算机，将要测量的叶片夹入叶片夹，拍摄范围覆盖叶片夹内的叶片和激光光斑；步骤13，通过数字图像处理方法对采得叶片图像进行处理、计算，得到实际叶面积。

【技术特征摘要】
1.一种基于激光与图像处理技术的叶面积测量方法，其特征在于，所描述测量方法包括如下步骤：步骤11，安装摄像头和激光源于手持设备上，并调整激光源位置使得激光中心轴与摄像头中心平行，测得摄像头和激光源两者中心间的距离；步骤12，将安装好的手持设备接入便携式计算机，将要测量的叶片夹入叶片夹，拍摄范围覆盖叶片夹内的叶片和激光光斑；步骤13，通过数字图像处理方法对采得叶片图像进行处理、计算，得到实际叶面积；在步骤13中，手持设备采得的图像格式为jpg，图像计算叶片面积时采用RGB色彩模式，首先得到采集的图像R分量、G分量、B分量，然后进行下列步骤：步骤131、计算图像中心坐标：利用采集的图像分辨率参数计算图像中心坐标；步骤132、计算激光光斑中心坐标：首先采用差分法对图像R分量、G分量进行减运算，突显出光斑部分，再将其进行阈值分割、二值化、空间域中值滤波处理，得到规则的激光光斑图像，再利用规则平面图形心计算法得到激光光斑中心坐标；步骤133、计算每个像素代表的实际面积：根据求得的图像中心坐标和激光光斑中心坐标计算出两点的像素距离，再由已知的二者间实际距离可计算得到每个像素的边长，由正方形面积计算公式可得每个像素代表的实际面积；步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：李辉，刘汉玉，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：