叶面积测定仪矩形框的几何校正方法.docVIP

叶面积测定仪基于矩形框的几何校正方法 摘要：为了弥补逐片测量和图片倾斜失真的局限性，该文提出了一种基于矩形框几何校正多叶面积测量方法（简称为GCCA）。GCCA 法应用Hough变换提取矩形框，对图像进行几何校正，利用连通域扫描实现了多叶片同时测量。同时还利用Visual Basic 2010 对GCCA 法进行了软件开发，并与坐标纸法、长宽系数法、Photoshop 法进行了试验比较。试验结果表明：GCCA 法是一种稳定性较高、相关性较好、适用范围较广的叶面积测量方法；它继承了数字摄影图像处理法的优势，是一种快速的植物叶面积测定方法。其测量速度随着单张图片叶片数量的增大而提高。软件的编制，可消除人为因素的影响，大大提高叶面积测量软件的互动性和通用性。GCCA 法既可以应用于室内，也可以进行室外无损测量，为叶面积的测量提供了切实可行的新途径。 引言 叶片是植物重要的光合器官，也是植物进行蒸腾的主要场所，其面积大小对植物的生长发育、作物产量以及栽培管理都具有十分重要的意义[1-5]。近年来快速、准确地计算叶面积越来越受到人们的关注。传统的叶面积测量方法有坐标纸法、复印称质量法和叶面积仪法等。坐标纸法和复印称质量法结果稳定，但工作量大，操作复杂，应用不广。叶面积仪测量法速度快，但其价格昂贵，维修不方便，测量精度受作物群体结构影响较大，并且不适于过长过宽的叶片面积测量[6]。 叶面积测定仪YMJ-C型具备特点： 1.使用范围广：可针对任何不规则形状，任何颜色，任何厚度和水份含量的叶片进行面积测量。 2.功能强大：可测单张叶片的面积，也可以多张叶片同时测量，分别显示叶片的形状和面积数据，并能测量和统计叶片上的虫斑面积大小。 随着计算机技术的发展，利用像素点进行叶面积测定的数字摄影图像处理法得到了迅速的发展。白由路等[7]提出用数码相机和图像处理软件（Photoshop）测量植物叶面积的方法。该方法速度较快、操作灵活，但要求操作者对Photoshop 软件要有一定程度的了解。左欣等[8]提出了参照矩形框对叶片图像进行几何校正的叶面积测量方法，较大地提高了测量的精度，但每次只能测量一片叶子，工作量大。马彦平[9]等提出植物多叶片图像目标识别和叶面积测量方法，实现了多叶面积同时测量，速度快、精度高，但对图片要求较高，对于一般倾斜失真图片的叶面积测量误差较大。为了继承并有机地结合Photoshop 法操作灵活、几何校正法测量精度高和连通区域扫描法多目标同时测量的优点，本文拟提出既能实现多叶片同时测量，又保证较高的叶面积测量精度的一种基于矩形框几何校正多叶面积测量方法，并进行软件开发，以期减小叶片测量工作量，提高叶面积测量的互动性和通用性，为叶面积的测量提供切实可行的新途径。 1 原理与方法 1.1 原理 仪器：叶面积测定仪YMJ-C型-托普仪器公司 数字图像由一个个像素点组成，经过几何校正后每一个像素代表一定大小的真实表面，若图像中有已知面积的参考物，则能通过比例关系计算出目标面积[9]。对于多个目标，可以通过连通域扫描方法分别统计出每个连通域的像素数，实现多个目标面积的测量。GCCA 算法主要过程如图1 所示。 1.2 灰度化 彩色图片每个像素点分别对应红、绿、蓝3 个分量，在数据处理过程中很不方便，所以在计算机领域中通常将彩色图像灰度化，再进行图片处理[10]。不同的红绿蓝（RGB）空间，灰阶的计算公式有所不同。RGB 空间灰度化方法两种常见的形式为 图1 基于矩形框几何校正的多叶面积测量算法(GCCA)主要过程 在叶面积测量过程中，常常会遇到某种作物或作物某些生育期叶片颜色和背景颜色相似的问题，仅仅用一种固定的灰度化方法并不能有效保留边缘的结构信息。因此本文采用了简化sRGB IEC61966-2.1 [gamma=2.20]、Adobe RGB (1998) [gamma=2.20]、Apple RGB [gamma=1.8]、ColorMatch RGB [gamma=1.8]、简化KODAK DCSeries Digital Camera[gamma=2.2]、R、G、B 和自定义分配等9 种常见RGB 空间灰度化方法（表1），可根据不同叶片颜色和背景颜色选择不同的方法，弥补了单一灰度化方法的缺陷性，分割效果良好。由于人眼对绿色的敏感度最高，对红色的敏感度次之，对蓝色的敏感度最低，在灰度值等于0.3R+0.59G+0.11B 时灰度化效果较好[10]，GCCA 法选择灰度值等于0.3R+0.59G+0.11B 的自定义方法为默认灰度化方法。 表1 常见的RGB 空间灰度化方法 注：默认情况下，GCCA 法选择自定义分配方法为灰度化方法，其中自定义方法的参数