CN101358842A - 植物叶片面积测量仪 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适用于农业科研的植物叶片面积测量仪，包括上传送压带、下传送带、微型减速电机、摄像头、影像反射镜、后端反射镜、照明光源、讯号发送轴和绕设在讯号发送轴上的反光膜带，所述摄像头、影像反射镜、照明光源和讯号发送轴均设置在通过传输定位轴组定位成环形的下传送带中；本发明具有分析效率高、精确、结构简单和成本低等优点，并实现连续走叶，连续测定、计算和累加得测定结果数值的技术效果。

Description

植物叶片面积测量仪
技术领域
本发明涉及一种适用于农业科研的测量仪，尤其是指植物叶片面积测量仪。
背景技术
植物叶片面积测定广泛应用于农业科研，植物叶片通过光合作用制造营养而使植物不断生长并形成产量，在植物光合速率和受光照时间一定的情况下，叶面积的大小就直接影响着植物光合产物的多少，从而直接影响作物产量。国内外对植物叶片特性的研究极为重视，而在研究叶片的特征中其面积的测量是工作的基础。传统叶面积的测定方法有：数方格法、剪叶形称纸法等，此类方法较为落后，存在费工、费时和误差大的缺点。目前国外出现有针对植物叶片分析的各种类型测量仪，它们的结构复杂和价格昂贵，一般的农业科研单位都难于承受。至今为止尚无能够连续走多片、条形叶，连续测定、计算、累加得测定结果数值而且价格低廉的叶面积测量仪。因此，如何解决上述问题，成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种分析效率高、精确，结构简单和成本低的植物叶片面积测量仪。本发明的测量仪能解决我们日常科研需要，应用范围广泛，除可测定水稻外，还可测定其它粮食作物如小麦、玉米、高粱、大豆和园艺作物如蔬菜、蚕叶等。并实现连续走叶，连续测定、计算和累加得测定结果数值的技术效果。
本发明的目的是这样实现的：一种植物叶片面积测量仪，该测量仪包括上传送压带、下传送带、电机、摄像头、影像反射镜、后端反射镜、照明光源、讯号发送轴和绕设在讯号发送轴上的反光膜带，所述摄像头、影像反射镜、照明光源和讯号发送轴均设置在通过传输定位轴组定位成环形的下传送带中；
所述下传送带上部形成喂料测定平台，所述上传送压带相贴合设置在下传送带上部的左侧并连动形成喂料检测口；
所述讯号发送轴设在喂料测定平台下部；
所述下传送带、讯号发送轴和上传送带与电机连动；
所述影像反射镜设在讯号发送轴下部，其镜面呈斜面面向测定平台，后端反射镜设在讯号发送轴右侧上部并与影像反射镜相对；
所述照明光源分别设置在讯号发送轴两侧，其光源与喂料检测口和后端反射镜相对；
所述摄像头设在影像反射镜右侧、其镜头通过影像反射镜面覆盖喂料检测口至后端反射镜。
上述的植物叶片面积测量仪，所述下传送带上部右侧还设有导料板，导料板板面设有多条平行的导叶槽。
上述的植物叶片面积测量仪，所述上传送压带套设定位在左右传送轴上。
上述的植物叶片面积测量仪，所述照明光源由导光灯槽和排灯构成。
上述的植物叶片面积测量仪，所述讯号发送轴呈黑色圆轴，所述反光膜带由黑色圆轴的一端绕设在另一端呈～形。
上述的植物叶片面积测量仪，所述上传送压带为白色PE软膜。
上述的植物叶片面积测量仪，所述下传送带为半透明PE软膜。
上述的植物叶片面积测量仪，所述影像反射镜呈40°～50°斜面，以45°斜面为佳，与之相对的摄像头保持垂直方向。
上述的植物叶片面积测量仪，所述导光灯槽侧边及上侧还分别设有隔光板。
本发明采用上述结构后，定位下传送带的传输定位轴、定位上传送压带套的传送轴和讯号发送轴通过电机齿轮连动，带动下传送带和上传送压带套同步转动，不断带动测定平台面的叶片进入喂料检测口，实现连续走叶；摄像头通过影像反射镜向测定平台；前侧照明光源的排灯向斜上方照亮被测的叶片及叶片后的白色塑料输送带，使在摄像头前缘所得的影像是一段段的黑色(即叶子)及一段段的白色。以黑色的长度(总数)作为叶子的宽度计算。后侧照明光源的排灯及一长条形后端反射镜有两个作用：1)排灯通过后端反射镜将光线折射到讯号发送轴上(从左到右在讯号发送轴横向表面上照亮一长幅表面)，随着讯号发送轴的转动，在其上的反色薄膜带进入被照亮光的区域时显示为光斑。2)后端反射镜将被照亮的光斑折反射到摄像头的后缘。作为取样时间段，读取前和后两个数值(数值范围是在0～320之内，每次数取数值的差值约3～5之间)；
调整摄像头的焦距，使得喂料检测口的图像及讯号发送轴上的光点都清晰地落在摄像头上。图像分为两个区域分别读取两组数据：图像的前缘端用来读取叶片在某一时空段内前后的叶片宽度取其平均值，而图像的后缘端读出同一时间段内的走叶长度，由此计算该段的实测面积。叶片经过喂料检测口时，被检测的叶片图像落在CCD画面的前缘端，其黑影的大小与叶面成正比，在运算程序中这是叶宽的数据。另一方面讯号发送轴表面上的光点D不断地由左向右移动，其数值由0→320，周而复始。它代表D1～D2在不断采集数值过程中，前后两点的距离，亦即代表叶片移动的距离(或移动的长度)。某一时段采集到叶宽和叶长的乘积等于该测量段的叶面积。在整个走叶过程中，连续地累加，得出该过程中所测到的叶面积总数，由电脑显示及记录保存下来，另一测定样本又重复上述步骤；
导料板板面设有多条平行的导叶槽，实现适用于水稻(或其它细长叶型)叶片，可同时放入多片叶片，并可不断地连续喂入测定。解决了大量样本的测定，各叶片各自向前直走而不互相重叠而影响精度。
本发明利用办公室现有的电脑作为运算工具，摄像头驱动程序与电脑PC程序使摄像头与电脑联动，摄像头负责采集测定数据，电脑显示测定值和数据记录，实现测定结果，由电脑显示结果，并记录到存储记忆区内，供日后调阅。与现有技术相比具有分析效率高、精确，结构简单和成本低等的优点。
附图说明
下面结合附图中的具体实施例对本发明作进一步地详细说明，但不构成对本发明的任何限制。
图1是本发明一种具体实施状态的纵向剖面结构示意图；
图2是本发明另一种具体实施状态的纵向剖面结构示意图；
图3是本发明导料板的俯视结构示意图；
图4是本发明讯号发送轴的俯视结构示意图；
图5是本发明的电路原理图。
图中：A为上传送压带，B为下传送带，B1为喂料测定平台，C为电机，D为摄像头，E为影像反射镜，F为后端反射镜，G为照明光源，G1为导光灯槽、G2为排灯，H为讯号发送轴，I为反光膜带，J为传输定位轴，K为导料板，L为导叶槽，M为左、右传送轴，N为隔光板，O为传动齿轮，P为摄像头输出线。
具体实施方式
如图1中所示，一种植物叶片面积测量仪，该测量仪包括上传送压带A、下传送带B、微型减速电机C、摄像头D、影像反射镜E、后端反射镜F、前后照明光源G、讯号发送轴H和绕设在讯号发送轴上的反光膜带I，摄像头D输出线P连接电脑主机，摄像头D、影像反射镜E、照明光源G和讯号发送轴H均设置在通过传输定位轴J组定位成环形的下传送带B中；
下传送带B带上部形成喂料测定平台B1，所述上传送压带A相贴合设置在下传送带B上部的左侧并连动形成喂料检测口；
讯号发送轴H设在喂料测定平台B1下部；
下传送带B、讯号发送轴H和上传送带A与电机C通过齿轮O连动；
影像反射镜E设在讯号发送轴H下部，其镜面呈45斜面面向测定平台B1，后端反射镜F设在讯号发送轴H右侧上部并与影像反射镜E相对；
左右两组照明光源G分别设置在讯号发送轴H两侧，其光源与喂料检测口和后端反射镜F相对；
摄像头D设在影像反射镜E右侧、其镜头通过影像反射镜E面覆盖喂料检测口至后端反射镜F。
如图2和图3所示，下传送带B上部右侧还设有导料板K，导料板K板面设有八条平行的导叶槽L，导料板K与机架可翻转铰接，翻转后呈斜面其导叶槽K槽口与喂料检测口相对。
上传送压带A套设定位在左右传送轴M上。
照明光源G由导光灯槽G1和排灯G2构成，排灯G2由多组三个二极管串、并联组成。
如图4所示，讯号发送轴H呈黑色圆轴，反光膜I带由黑色圆轴的一端绕设在另一端呈～形。
上传送压带A为白色PE软膜。
下传送带B为半透明PE软膜。
左侧照明光源G的导光灯槽G1内侧分别还设有隔光板N；右侧照明光源G的导光灯槽G1上侧和右侧设有隔光板N。
本发明在具体实施时：
1、摄像头D采用CCD摄像头(韩国生产的罗技笔记本型摄像头)，其芯片是CCD片，能确保精度(市售价约为550元/个)。
2、在传送喂入平台的下方装有摄像头D，其镜头通过影像反射镜E向测定平台B1。调整摄像头D的焦距，使得喂料检测口的叶片图像及讯号发送轴H上的光点都清晰地落在摄像头D上。被检测的叶片图像落在CCD画面的前缘端，叶片经过检测口时，其黑影的大小与叶面成正比；在运算程序中这是叶宽的数据。另一方面讯号发送轴H表面上的光点D不断地由左向右移动，其数值由0→320，周而复始；它代表D1～D2在不断采集数值过程中，前后两点的距离，亦即代表叶片移动的距离(或移动的长度)。某一时段采集到叶宽和叶长的乘积等于该测量段的叶面积。整个走叶过程中，连续地累加，得出该过程中所测到的叶面积总数，由电脑显示及记录保存下来，另一测定样本又重复上述步骤。
3、讯号发送轴H是一个直径为110mm，长度为240mm的黑色圆轴，在H轴表面上绕贴反光膜带I，必需精确做到：1)绕贴膜带的角度始终保持一致、均匀、贴牢；2)以起始端任意一点作为0°，至绕了360°时，其水平(或轴向)距离应与叶面喂入口的最大长度一致(以本机为例为200mm)。讯号发送轴H位于摄像头D的上前方，正好挡掉了画面中不要的部分。照明光源G的光经后端反射镜射到讯号发送轴H上；反光膜带I的某一亮点经折返再由影像反射镜E折返到摄像头D。显示器上的后缘端出现一个小亮点。在测定过程中，讯号光点不断地反复由左向右移动，提供读取各次采样的走叶长度的讯号。
4、左右两组照明光源G：右侧照明光源照亮讯号点，左侧照明光源照亮叶片。
5、两组循环转动传送带。上面一组为上传送压带A，作为叶面的白色背景；下面一组为下传送带B，用于承载叶片，不断送经检测口，叶片由前侧照明光源G照亮。
6、直流微型减速电机C由36伏直流电驱动，是整机的主动力。
7、适用于水稻(或其它细长叶型)专用导料板K由硬质薄铝片组成，导料板K面设有八条平行的导叶槽L，可同时(最多)放入8片叶片，可不断地连续喂入测定；解决了大量样本的测定，各叶片各自向前直走，不互相重叠而影响精度。
本发明的主要技术指标：
1、标准误差≤1％～2％；
2、分辨率：0.022cm2；
3、走叶速度：正常使用2米/分钟，但可调范围为1.5～4米/分钟；
4、连续测定长度无限；
5、测定宽度≤20cm；
6、单次测定最大面积≤28190cm2
7、驱动电机最大耗电量5W，直流电压36V。(可微调)
8、照明电源直流电18V；(可微调)
9、整机尺寸：长×宽×高(29.5×25.5×23.7cm3)。
10、整机重量：5.5公斤。
本发明在具体操作时：
1、给电脑安装PC及罗技笔记本电脑驱程。
2、启动PC程序，显示屏会蹦出如下画面。如相片1，然后双击“PicCapture”；屏上改显如相片2，点击“确认”后，显示如相片3表示可开始工作。
3、测定方法：在测定前必须在测定口上先放入一小段叶片(最小宽度为1～2mm)令左面画框前端出现一个小黑点(当小黑点消失，它代表已测定完毕，自动停止测定)，此时点“开始测定”表示可以开始测定。将驱动电机电源打至“ON”位置，传送带开始将待测叶片送入，并不断出现面积的增加，直至最后一点叶片送出为止，一次测定过程宣告结束，在面积框内出现该次的测定值。
4、重复第三步骤，启动另一测定。
5、测定前的必须准备工作：“面积：mm2”所显示的数值并不是真正的面积值(它只代表电脑运算单位)，为此得先求出一个转换系数(约为0.282…)先准备一片黑色卡纸(例如200cm2)连续按第三点测定31次。结束本次测定。打开“我的电脑”，再点开C盘，可见到刚测定31次的结果(如相片4所示)，求它们的平均值，将实际面积(200cm2)除以平均值得相关系数。一般应不超过2％。
以上所述的实施例仅是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干结构的调整和改进，这些也应视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种植物叶片面积测量仪，其特征在于：该测量仪包括上传送压带、下传送带、电机、摄像头、影像反射镜、后端反射镜、照明光源、讯号发送轴和绕设在讯号发送轴上的反光膜带，所述摄像头、影像反射镜、照明光源和讯号发送轴均设置在通过传输定位轴组定位成环形的下传送带中；
所述下传送带上部形成喂料测定平台，所述上传送压带相贴合设置在下传送带上部的左侧并连动形成喂料检测口；
所述讯号发送轴设在喂料测定平台下部；
所述下传送带、讯号发送轴和上传送带与电机连动；
所述影像反射镜设在讯号发送轴下部，其镜面呈斜面面向测定平台，后端反射镜设在讯号发送轴右侧上部并与影像反射镜相对；
所述照明光源分别设置在讯号发送轴两侧，其光源与喂料检测口和后端反射镜相对；
所述摄像头设在影像反射镜右侧、其镜头通过影像反射镜面覆盖喂料检测口至后端反射镜。
2.根据权利要求1所述的植物叶片面积测量仪，其特征在于：所述下传送带上部右侧还设有导料板，导料板板面设有多条平行的导叶槽。
3.根据权利要求1所述的植物叶片面积测量仪，其特征在于：所述上传送压带套设在左右传送轴上。
4.根据权利要求1所述的植物叶片面积测量仪，其特征在于：所述照明光源由导光灯槽和排灯构成。
5.根据权利要求1所述的植物叶片面积测量仪，其特征在于：所述讯号发送轴呈黑色圆轴，所述反光膜带由黑色圆轴的一端绕设在另一端呈～形。
6.根据权利要求1所述的植物叶片面积测量仪，其特征在于：所述上传送压带为白色PE软膜。
7.根据权利要求1所述的植物叶片面积测量仪，其特征在于：所述下传送带为半透明PE软膜。
8.根据权利要求1所述的植物叶片面积测量仪，其特征在于：所述影像反射镜呈40～50斜面。
9.根据权利要求4所述的植物叶片面积测量仪，其特征在于：所述导光灯槽侧边还分别设有隔光板。
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Assignee: Guangdong Golden Rice Seed Industry Co., Ltd.

Assignor: Inst. of Rice, Guangdong Academy of Agricultural Sciences

Contract record no.: 2011440000811

Denomination of invention: Plant blade area measuring apparatus

Granted publication date: 20100421

License type: Exclusive License

Open date: 20090204

Record date: 20110802

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CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20100421

Termination date: 20110919