專利名稱：綠葉面積自動測量裝置及方法
技術領域：
本發(fā)明屬于數(shù)字圖像處理技術，具體涉及一種綠葉面積自動測量裝置 及方法，該裝置能夠自動識別植物的綠葉面積，適用于數(shù)字化農(nóng)業(yè)領域。
背景技術：
數(shù)字圖像處理與模式識別技術在幾十年內(nèi)得到迅速發(fā)展并在工業(yè)自動 化、智能交通、衛(wèi)星遙感、軍事偵察、生物醫(yī)學等應用領域中得到廣泛的 應用。利用數(shù)字圖像處理技術進行植物參數(shù)的自動提取是一種非常有前途 的技術，尤其在數(shù)字化農(nóng)業(yè)日益推廣的今天。計算機視覺技術已經(jīng)開始得 到植物學等基礎學科研究人員的關注，國外出現(xiàn)了 一些成熟的產(chǎn)品，國內(nèi)基 本上還處在實驗室階段，而且從事的人員也很有限。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種綠葉面積自動測量裝置及方法，該裝置能 夠自動測量植物的綠葉面積。本發(fā)明提供的植物綠葉面積自動測量裝置，包括皮帶l、調(diào)速電機2、 氣泵3、氣動裝置4、 CCD相機5、背景幕布6、電動旋轉(zhuǎn)臺7、圖像采集卡 8、旋轉(zhuǎn)臺控制器9、計算機IO、頂部CCD相機ll，架設的皮帶l與調(diào)速電 機2相連，氣泵3位于皮帶外部并與皮帶內(nèi)側(cè)邊緣的氣動裝置4相連，在 氣動裝置4旁的皮帶中部裝配一個電動旋轉(zhuǎn)臺7,電動旋轉(zhuǎn)臺7與旋轉(zhuǎn)臺控 制器9相連，旋轉(zhuǎn)臺控制器9又通過串口與計算機10相連，CCD相機5利 用三腳架支持并固定，其鏡頭正對電動旋轉(zhuǎn)臺7和背景幕布6，CCD相機5、 電動旋轉(zhuǎn)臺7及背景幕布6的中心在同一條直線上，頂部CCD相機11安裝 在電動旋轉(zhuǎn)臺7的頂部，CCD相機5以及頂部CCD相機11通過數(shù)據(jù)接口與 圖像采集卡8相連，圖像采集卡8則通過PCI插槽與計算機10連接。其中， 包括皮帶1、調(diào)速電機2、氣泵3、氣動裝置4構成流水線系統(tǒng)，CCD相機5、 頂部CCD相才幾11和背景幕布6構成可見光CCD成像系統(tǒng)，CCD相機5、頂 部CCD相機11采用相同放大倍數(shù)的CCD相機。綠葉面積自動測量方法，按以下步驟進行(l)將盆裝植物放入皮帶上 輸送至電動旋轉(zhuǎn)臺時，由氣泵帶動氣動裝置將水稻推上電動旋轉(zhuǎn)臺，計算 機控制旋轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)，由CCD相機拍攝每個角度下植抹的，再由數(shù)字傳輸線 通過圖像采集卡傳送入計算機；(2)計算機通過綠葉面積提取算法后得植抹 纟錄葉面積。綠葉面積提取算法分為圖像處理和計算兩個部分，圖像處理按照以下步驟進行(1)、中值濾波將植林圖像進行中值濾波去除噪聲；(2)、 二 值化將中值濾波后的圖像轉(zhuǎn)化為二值化圖，這一步驟將綠葉部分提取出 來，主要的判斷條件是RG兩色分量的相對大小，因為R偏大為黃色，G偏大 為綠色；(3)、去除小區(qū)域設定面積闊值，去掉區(qū)域面積在閾值以下的 小區(qū)域；(4)、面積統(tǒng)計對經(jīng)過上述處理后的圖像，進行面積統(tǒng)計，得到 植抹一個角度下的觀測面積，為像素值。計算部分在植抹頂部、植抹水平位置、與水平位置相隔90°角各拍 攝一張圖像，將這三張圖像按上述圖像的處理方法所得到的觀測面積分別 計為a、 b、 c，其中a、 b、 c為各角度下觀測像素值，按照公式( = >/^^計 算得到植抹綠葉面積也為像素值，將得到的植抹綠葉面積的像素值除以CCD 相機的放大倍數(shù)得植林的綠葉面積。本發(fā)明由預設的電腦程序控制，采用流水線，將待提取參數(shù)的樣品送 上電動旋轉(zhuǎn)臺，由CCD成像拍攝植林圖像，由計算機將所得圖像進行圖像 處理，并計算獲得植株綠葉面積。


圖1為本發(fā)明植物參數(shù)自動提取裝置的結(jié)構示意圖；圖2為綠葉圖像處理程序流程框圖；具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實例對發(fā)明作進一步詳細的說明。如圖1所示，本發(fā)明的裝置包括皮帶l、調(diào)速電機2、氣泵3、氣動裝 置4、 CCD相機5、背景幕布6、電動旋轉(zhuǎn)臺7、圖像采集卡8、旋轉(zhuǎn)臺控制 器9、計算機IO、頂部CCD相才幾ll，架設的皮帶1與調(diào)速電機2相連，氣 泵3位于皮帶外部并與皮帶內(nèi)側(cè)邊緣的氣動裝置4相連，在氣動裝置4旁 的皮帶中部裝配一個電動旋轉(zhuǎn)臺7，電動旋轉(zhuǎn)臺7與旋轉(zhuǎn)臺控制器9相連， 旋轉(zhuǎn)臺控制器9又通過串口與計算機10相連，CCD相機5利用三腳架支持 并固定，其鏡頭正對電動旋轉(zhuǎn)臺7和背景幕布6，CCD相機5、電動旋轉(zhuǎn)臺7 及背景幕布6的中心在同一條直線上，頂部CCD相機11安裝在電動旋轉(zhuǎn)臺 7的頂部，CCD相機5、頂部CCD相機11通過數(shù)據(jù)接口與圖像采集卡8相連， 圖像采集卡8則通過PCI插槽與計算機10連接。其中，包括皮帶l、調(diào)速電機2、氣泵3、氣動裝置4構成流水線系統(tǒng)， CCD相才幾5、頂部CCD相才幾ll和背景幕布6構成成^f象系統(tǒng)，CCD相4幾5、頂 部CCD相機11采用相同放大倍數(shù)的CCD相機。盆裝水稻通過流水線系統(tǒng)運輸。當水稻被運輸?shù)竭_皮帶中部的電動旋 轉(zhuǎn)臺7時，由氣泵3帶動氣動裝置4將水稻推上電動旋轉(zhuǎn)臺7。隨后計算機 控制旋轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)，可見光CCD成像系統(tǒng)進行拍攝。拍攝完畢后，氣泵帶動氣動裝置將水稻由旋轉(zhuǎn)臺重新放回皮帶運走。由CCD拍攝到的圖片由數(shù)字 傳輸線通過圖像釆集卡8傳送入計算機10,計算機通過綠葉面積提取算法 得到植林的綠葉面積。經(jīng)過CCD拍攝出來的植抹圖像，需要用圖像處理的方法來獲取綠葉部 分進行統(tǒng)計，綠葉面積計算的主要圖像處理方法的路線為中值濾波、提 取綠葉部分二值化、去除小區(qū)域、面積統(tǒng)計等操作；將在植抹頂部、植林 水平位置、與水平位置相隔90°角拍攝三張圖像，將這三張圖像按上述圖 像的處理方法所得到的該角度下的觀測面積分別計為a、 b、 c，其中a、 b、 c為各角度下觀測像素值，按照公式G-V^計算得到植株綠葉面積也為 像素值，將得到的植林綠葉面積的像素值除以CCD相機的放大倍數(shù)得植林 的纟錄葉面積。綠葉面積計算的圖像處理方法具體按以下步驟進行(1) 、中值濾波在拍攝過程中，因為各種原因，圖像往往含有噪聲， 所以先經(jīng)過將植抹圖像進行中值濾波去除噪聲；(2) 、 二值化該操作用于圖像分割，提取出綠葉部分，將灰度圖轉(zhuǎn)化 為二值化圖，這里二值化的閾值不是定值，而是比較在各個點上，綠色分 量與紅色分量的相對大小來決定的，將植抹圖像的RGB按RG兩色分量提取， 對植林圖像的每個像素進行判斷，如果該像素的綠色分量大于紅色分量， 則將該像素判定為綠色，反之如果紅色分量大于綠色分量，則將像素定為 黃色，以此來對植抹的綠葉部分進行提??；(3) 、去除小區(qū)域經(jīng)過上述一系列操作后，可能還是有一些小點沒有 去除，直接計數(shù)會造成結(jié)果錯誤，由于這些小區(qū)域的面積一般遠遠小于植 抹面積，設定面積閾值，去掉區(qū)域面積在閾值以下的小區(qū)域，以保證計數(shù) 的都是植抹部分；(4) 、面積統(tǒng)計對經(jīng)過上述處理后的圖像，進行像素的面積統(tǒng)計，最 終得到植抹一個角度下的觀測面積，觀測面積為像素值。實例實驗生物材料本實例中的CCD相機的放大倍數(shù)為115。 試驗為處于拔節(jié)期的秈稻，抹高92. 1 ± 0. 3cm，試驗時將水稻從田中移 栽至盆中，從植抹的頂部、植抹水平位置、與水平位置相隔90°角各拍攝 一張圖像，通過計算機的圖像處理方法的分別得到頂部的觀測面積a為24 98 像素，水平方向0°的觀測面積b為1452像素，與水平方向90°的觀測面 積c為1673像素，將a、 b、 c，代入公式G = V^7計算得到植抹綠葉面積 為77898像素，將得到的植株綠葉面積的像素值77898除以CCD相機的放 大倍數(shù)115得植抹的綠葉面積為677. 4cm2 。
權利要求
1、綠葉面積自動測量裝置，包括皮帶(1)、調(diào)速電機(2)、氣泵(3)、氣動裝置(4)、CCD相機(5)、背景幕布(6)、電動旋轉(zhuǎn)臺(7)、圖像采集卡(8)、旋轉(zhuǎn)臺控制器(9)、計算機(10)、頂部CCD相機(11)，其特征在于架設的皮帶(1)與調(diào)速電機(2)相連，氣泵(3)位于皮帶外部并與皮帶內(nèi)側(cè)邊緣的氣動裝置(4)相連，在氣動裝置(4)旁的皮帶中部裝配一個電動旋轉(zhuǎn)臺(7)，電動旋轉(zhuǎn)臺(7)與旋轉(zhuǎn)臺控制器(9)相連，旋轉(zhuǎn)臺控制器(9)又通過串口與計算機(10)相連，CCD相機(5)利用三腳架支持并固定，其鏡頭正對電動旋轉(zhuǎn)臺(7)和背景幕布(6)，CCD相機(5)、電動旋轉(zhuǎn)臺(7)及背景幕布(6)的中心在同一條直線上，頂部CCD相機(11)安裝在電動旋轉(zhuǎn)臺(7)的頂部，CCD相機(5)、頂部CCD相機(11)通過數(shù)據(jù)接口與圖像采集卡(8)相連，圖像采集卡(8)則通過PCI插槽與計算機(10)連接。
2、 綠葉面積自動測量方法，按以下步驟進行(l)將盆裝植物放入皮 帶上輸送至電動旋轉(zhuǎn)臺時，由氣泵帶動氣動裝置將水稻推上電動旋轉(zhuǎn)臺， 計算機控制旋轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)，由CCD相機拍攝才J^朱的RGB彩色圖片，再由數(shù)字 傳輸線通過圖像采集卡傳送入計算機；(2)計算機通過綠葉面積提取算法后 得植林的綠葉面積。
3、 根據(jù)權利要求2所述的綠葉面積自動測量方法，其特征在于綠葉 面積提取算法按以下步驟進行(1)、中值濾波將植抹RGB圖像進行中值 濾波去除噪聲；(2)、 二值化將中值濾波后的圖像轉(zhuǎn)化為二值化圖，對 植株圖像的每個像素進行判斷，如果該像素的綠色分量大于紅色分量，則 將該像素判定為綠色，反之如果紅色分量大于綠色分量，則將像素定為黃 色；(3)、去除小區(qū)域設定面積閾值，去掉區(qū)域面積在閾值以下的小區(qū)域； (4)、面積統(tǒng)計對經(jīng)過上述處理后的圖像，進行面積統(tǒng)計，得到植株一個 角度下的觀測面積；(5)植林的綠葉面積計算從植林的頂部、植林水平 位置、與水平位置相隔90°角各拍攝一張圖像，對三張圖像分別按(l)、 (2)、 (3)、 (4)步驟進行處理，分別得到頂部觀測面積a、水平方向0°的 觀測面積b、與水平方向90°的觀測面積c,其中a、 b、 c為各角度下觀測像素值，按照公式C^V^7計算得到植林綠葉面積也為像素值，將得到的 植抹綠葉面積的像素值除以CCD相機的放大倍數(shù)得植抹的綠葉面積。
全文摘要
本發(fā)明涉及綠葉面積自動測量裝置及方法，本裝置包括流水線系統(tǒng)、可見光CCD成像系統(tǒng)、電動旋轉(zhuǎn)臺、旋轉(zhuǎn)臺控制器、計算機、圖像采集卡，電動旋轉(zhuǎn)臺依次與旋轉(zhuǎn)臺控制器和計算機相連，可見光CCD成像系統(tǒng)依次與圖像采集卡和計算機相連，本發(fā)明由計算機控制，采用流水線系統(tǒng)，將待提取參數(shù)的樣品送上電動旋轉(zhuǎn)臺，由CCD成像系統(tǒng)拍攝頂部、水平0°和90°三個固定角度下的植株圖像，由計算機將所得圖像進行圖像分割，從分割后的圖像中通過判斷提取出綠葉部分，統(tǒng)計各個角度下植株綠葉的觀測面積，計算出植株的綠葉面積。本發(fā)明利用CCD成像的方法，從圖像中自動計算出綠葉面積，具有安全無損、測量結(jié)果準確可靠等優(yōu)點。
文檔編號G01B11/28GK101324427SQ200810048638
公開日2008年12月17日 申請日期2008年7月31日 優(yōu)先權日2008年7月31日
發(fā)明者偉 方, 曾紹群, 昆 畢, 駱清銘 申請人:華中科技大學