[发明专利]一种秧苗叶片立体形态测量方法及装置

说明书

本发明提供一种秧苗叶片立体形态测量方法，包括：S1，用光源照射叶片主叶脉区域的多个亮度采样区域，所述光源为多个，依次用多个光源遍历照射所述多个亮度采样区域，得到每个亮度采样区域在单个光源照射下的平均亮度序列；S2，根据每个亮度采样区域在单个光源照射下的平均亮度序列，得到每个亮度采样区域对应的观测法向量；S3，建立每个亮度采样区域的观测法向量与实际法向量的逼近关系，拟合得到叶片的立体形态。本发明提供的秧苗叶片立体形态测量方法，采用光度立体视觉测量技术手段，通过解析多角度光源照射下的秧苗叶片图像明暗特征，拟合包含叶片立体信息的秧苗立体形态，为秧苗长势在线监测提供便利，有助于提高育苗生产的效率。

技术领域

本发明涉及机器视觉技术领域，更具体地，涉及一种秧苗叶片立体形态测量方法及装置。

背景技术

植物叶片形态是其自身生理状况的客观反映。基于叶片形态特征判别精确调控光、肥、水、温等植物生长环境因素，是实现农作物精细化高效生产的重要途径。特别是在蔬菜秧苗培育过程中，幼苗生长密集、抗逆性差，需要定期观察叶片外观特征了解秧苗生长状况，以实施相应的农艺管理。我国是蔬菜生产和消费大国，蔬菜育苗年需求量约6800亿株，由人工对苗床秧苗生长状况进行判别和管理耗时费力，因此探索研究蔬菜秧苗叶片形态自动在线监测方法，对于育苗生产的高效精细管理具有重要意义。

机器视觉是应用于植物形态非接触在线监测的主要技术手段。目前针对植物叶片形态视觉测量方法研究主要分为被动探测和主动探测。其中被动探测主要针对二维图像信息，研究叶片色彩分析、轮廓提取以及重叠叶片分割等，但无法恢复叶片空间曲面信息；主动探测通过集成激光和结构光等辅助测量部件，与图像信息进行融合以恢复叶片立体信息，测量误差小，但是成本偏高。

发明内容

本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的秧苗叶片立体形态测量方法及装置。

根据本发明的一个方面，提供一种秧苗叶片立体形态测量方法，包括：

S1，用光源照射叶片主叶脉区域的多个亮度采样区域，所述光源为多个，依次用多个光源遍历照射所述多个亮度采样区域，得到每个亮度采样区域在单个光源照射下的平均亮度序列；

S2，根据每个亮度采样区域在单个光源照射下的平均亮度序列，得到每个亮度采样区域对应的观测法向量；

S3，建立每个亮度采样区域的观测法向量与实际法向量的逼近关系，拟合得到所述叶片的立体形态。

优选地，在所述步骤S1之前还包括：

利用标准色板对不同光源照射下的图像亮度矫正，计算得到各光源对应的图像亮度矫正系数；

将所述图像亮度矫正系数作为对应光源照射强度的补偿，以使所述不同光源实际照射在叶片目标区域的光源照射强度一致。

优选地，所述步骤S3具体包括：

S31，建立叶片的空间平面方程z＝ax+by+c，并计算得到叶片的实际法向量n_m＝[-z_xm,-z_ym,1]^T，其中m表示亮度采样区域的序号，m＝1,2,3,…；

S32，根据最小二乘原理，求解亮度采样区域m的观测法向量与实际法向量n_m＝[-z_xm,-z_ym,1]^T满足偏差最小的条件方程组，得到所述叶片的垂直倾角ω，其中，

S33，根据所述垂直倾角ω，计算得到所述叶片的立体形态参数，所述立体形态参数包括长度L和叶片面积S。

优选地，在所述步骤S1中，根据BT.709色彩标准，图像色彩与亮度Y的变换关系式为：