[实用新型]一种基于手机的快速检测叶片面积的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于手机的快速检测叶片面积的装置。

背景技术

叶面积是作物栽培和育种实践中常用的指标，是农作物的产量和品质的评价指标，也是理想株型选育、测定害虫危害损失的重要指标，利用该参数可计算作物的用水量、蒸腾作用及产量等，也可分析植物的生长状况，并且建立植物生长模型。叶片是植物进行光合作用合成有机物的重要器官，叶面积的大小在一定程度上直接影响着农作物的产量。植物学研究人员在野外考察时，时常需要获取植物叶片的面积。因此建立方便、准确的叶面积测定方法，对于指导农业生产实践活动，制定高产、优质和高效的栽培技术措施具有积极的意义。

目前常用的方法有两大类：一类是破坏性叶片面积测定方法，包括方格法、称重法、像素扫描法等方法，这些方法不能活体测量，将会损坏叶片；第二类是非破坏性叶片面积测定方法，包括回归法、图像处理法和光电法等方法。目前的图像处理法是用各种成像设备将叶片图像采集为数字图像，再传到计算机后用Matlab或自己编程实现面积测量，总的来说，这些都方法比较复杂，过程较为繁琐。

发明内容

本实用新型旨在克服上述现有存在技术的不足，提供一种基于手机快速检测叶片面积的装置。本实用新型的检测装置不仅结构简单，便于携带，而且还简化了测量步骤，缩短了检测时间，提高了测量精度。

一种基于手机的快速叶面积检测装置，包括有手机、背景板、参照物和被测叶片，所述的参照物和被测叶片分别置于背景板上不同位置，所述的手机位于背景板的垂直上方，其具有拍照、存储、图像处理、统计分析、人机交互和显示功能；所述的背景板正面的颜色区别于被测叶片的颜色和参照物的颜色；所述的参照物的颜色区别于被测叶片的颜色。

本实用新型基于手机的快速检测叶片面积的装置的工作原理：

a、选择一块正面与被测叶片颜色相区别的纯色不透明平板作为背景板，背景板的面积大于叶片面积，并便于拍摄取景时成像于背景板区域内；

b、在背景板正面固定一个面积为S_R的参照物，参照物的颜色不同于背景板和被测叶片；

c、将被测叶片展平铺放在背景板正面，且与参照物的位置临近，通过手机的摄像头进行拍摄，获得在背景板区域内，包含被测叶片和参照物在内的完整的数码照片；

d、对照片进行灰度化、滤波、几何校正、二值化和区域连通标记处理，将照片分割为背景、参照物和被测叶片三个区域，通过遍历照片数据，得到背景板的像素总数，参照物的像素总数和被测叶片的像素总数；

e、通过得到的参照物的像素总数和被测叶片的像素总数，并由用户给定参照物的面积，最后由手机按照如下公式：

自动计算得到被测叶片的面积。

其中，识别并统计参照物和被测叶片所占像素总数的具体方法是：对照片进行预处理，包括滤波和几何校正，然后对照片进行灰度化和平滑、图像二值化和连通区域标记。经过以上处理以后，将照片分割为背景板，参照物和被测叶片三个区域。最后遍历照片数据可得到背景板的像素总数，参照物的像素总数和叶片的像素总数。通过用户交互比对后可以得到参照物的像素总数和叶片的像素总数。

上述方法中照片的预处理包括灰度化，灰度化是将彩色图像转换为灰度图像。本方法中照片的灰度化是通过将照片颜色的RGB模型转为HIS模型实现的。消去彩色图像中彩色信息里强度分量的影响。HSI颜色模型和RGB颜色模型之间可以通过非线性变换来相互转换：

对于灰度化后的灰度图像，f(x,y) 的函数值点坐标为(x,y)的像素点的灰度值。

上述方法中照片的预处理包括滤波，滤波可以减少和消除照片中的“噪音”，以改善照片质量。本方法中采用线性滤波法。线性滤波的算法如下：

（1）从左到右，从上到下顺序遍历灰度图像的每一个像素f(x,y)；

（2）把模板算子的中心与该输入像素f(x,y)重叠，把该像素与其模板进行卷积运算，把运算的结果值作为输出图像的对应像素的灰度值；

（3）如果所有像素都处理完毕，则算法结束，否则转向（1）。

上述方法中照片的二值化采用迭代阈值分割法。照片的二值化处理即选择一个灰度阈值，将图像转换为黑白二值图像，迭代阈值分割法的算法如下：

假设取照片灰度范围的中间值作为初始阈值T₀，则它的数学表达式为：