[发明专利]一种适用于健康叶与病态叶的单叶叶面积检测方法及系统

说明书

本发明涉及一种适用于健康叶与病态叶的单叶叶面积检测方法及系统，该方法包括以下步骤：（1）设计拍摄底板，所述拍摄底板主要由背景和参考矩形构成；（2）将叶片放置在拍摄底板上拍照，进行图像分割，以提取参考矩形和叶片；（3）利用腐蚀膨胀算法减少图像分割过程中阴影造成的误差；（4）分别统计叶片区域的像素数和参考矩形的像素数，利用两个区域像素数的比值计算得到叶面积。该方法及系统有利于快速、准确检测出健康叶与病态叶的单叶叶面积。

技术领域

本发明属于叶面积检测技术领域，具体涉及一种适用于健康叶与病态叶的单叶叶面积检测方法及系统。

背景技术

叶片是植物光合作用和蒸腾作用的主要场所，也是植物获取养分和中和CO₂的主要场所。叶片状态可反映植物的生长和健康状态，通常可将其作为植物病虫害诊断的主要依据。叶面积是植物重要的生理参数之一，也是判定植物生长状况的主要指标之一，对分析植物的储碳能力具有重要意义，精准测定该指标具有较为深远的科学研究与生产应用价值。近年来，叶面积检测技术快速发展，特别是单叶叶面积检测技术已渐趋成熟，主要包括直接检测和间接检测两类方法。直接检测方法主要有网格法、纸样称重法、打孔称重法、鲜重法、叶面积仪法等。其中，网格法和称重法费时费力，在实际工作中应用较少；叶面积仪法应用较广泛，但在检测时常会因为叶片位置的改变、叶柄长短、抽取速度等产生误差，且购置与维护成本也在一定程度上限制了叶面积仪的应用。间接检测方法主要有系数回归法、图像处理法等。其中，系数回归法测量叶面积具有简单、便捷、成本低等特点，但该方法也有其典型缺陷。例如，不同植物叶型不同，即便是同种植物叶型也有所差异，针对不同叶型要做到“一叶型，一系数”，工作量大且稳定性低；此外，对于病态叶，回归模型的估测有效性显然不足。近年来，随着图像识别及机器学习算法等相关技术的迅猛发展，基于图像处理的叶面积检测方法成为主流。但是，当前已有方法多着眼于健康叶片的叶面积及形状参数的检测，这些方法对于病态叶的适用性不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于健康叶与病态叶的单叶叶面积检测方法及系统，该方法及系统有利于快速、准确检测出健康叶与病态叶的单叶叶面积。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种适用于健康叶与病态叶的单叶叶面积检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）设计拍摄底板，所述拍摄底板主要由背景和参考矩形构成；

（2）将叶片放置在拍摄底板上拍照，进行图像分割，以提取参考矩形和叶片；

（3）利用腐蚀膨胀算法减少图像分割过程中阴影造成的误差；

（4）分别统计叶片区域的像素数和参考矩形的像素数，利用两个区域像素数的比值计算得到叶面积。

进一步地，所述参考矩形位于背景上方且面积已知。

进一步地，根据通道亮度曲线特点，将健康状态、黄化状态以及局部缺损状态下的叶片划分为4种类型：1）通道亮度满足G＞R且G＞B的简称为Ⅰ型；2）通道亮度满足R＞G且G＞B的简称为Ⅱ型；3）通道亮度满足R＞G且B＞G的简称为Ⅲ型；4）通道亮度满足R＞G且G＜B的简称为Ⅳ型；提取4种类型通道亮度曲线对应的那部分叶片的面积，然后将每种类型通道亮度曲线对应的面积叠加得到整个叶片的面积。

进一步地，提取4种类型通道亮度曲线对应的那部分叶片的面积，叠加得到整个叶片的面积，具体包括以下步骤：

1）检测参考矩形和叶片中Ⅲ型部分；叶片中Ⅲ型部分的通道亮度曲线易与参考矩形的通道亮度曲线混淆，将其一起检测后作分离处理；参考矩形和叶片中Ⅲ型部分的红色通道亮度大于绿色通道亮度，背景、叶片中Ⅰ型部分、Ⅳ型部分的红色通道亮度小于绿色通道亮度；用红色通道亮度减去绿色通道亮度，以0为阈值，背景、叶片中Ⅰ型部分和Ⅳ型部分被去除；同理，用蓝色通道亮度减去绿色通道亮度，叶片中Ⅱ型部分被去除；此时只剩下参考矩形和叶片中Ⅲ型部分，由于参考矩形面积较大，叶片中Ⅲ型部分面积较小，通过碎片过滤的方法将其分离；