CN101799283A

CN101799283A - 阔叶植物叶面积的无损测量方法

Info

Publication number: CN101799283A
Application number: CN 201010137040
Authority: CN
Inventors: 于海业; 武海巍; 王淑杰; 张蕾; 张强; 肖英奎; 杨昊谕; 隋媛媛
Original assignee: Jilin University
Current assignee: Jilin University
Priority date: 2010-04-01
Filing date: 2010-04-01
Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2030-04-01
Also published as: CN101799283B

Abstract

本发明公开了一种阔叶植物叶面积的无损测量方法。旨在克服现有技术存在的损坏被测植物叶片的问题。该种无损测量方法包括如下步骤：1.用直尺量得白纸板的面积S1，S1＝10cm×10cm＝100cm²；2.给白纸板和被测植物叶片拍照；3.剪裁照片；4.分别称量白纸板图像的重量G1与被测植物叶片图像的重量G2；5.计算出被测植物叶片的真实面积S2，S2＝S1×G2/G1；6.称量部分受光照情况下被测植物叶片图像重量；7.计算出部分受光照情况下被测植物叶片的相对总面积S3；8.计算出受光照部分植物叶片相对面积S4，受光照部分植物叶片的相对面积S4通过公式S4/S3＝G4/G3得出：S4＝G4/G3×S3。

Description

阔叶植物叶面积的无损测量方法

技术领域

本发明涉及一种林下阔叶植物叶片的无损测量技术方法，更具体地说，本发明涉及一种利用数码相机再结合剪刀、电子天平测定和计算阔叶植物叶面积的阔叶植物叶面积的无损测量方法。

背景技术

植物叶片是植物进行光合作用的主要器官，叶面积的大小直接影响光合辐射有效利用率的大小。目前国内外对叶面积的测定方法，主要有方格法、扫描法、叶面积仪法和系数测定法。

方格法只需要方格板，费用低，方法简单，但是费时、费力，并且存在较大误差。扫描法测量叶面积的效率较高，但是需要电脑、扫描仪和图像处理软件，费用较高，并且要把待测的植物叶片采摘下来，带到测试地点才能测量，损坏了植物的叶片。叶面积仪法可以快速准确的测量叶面积，操作简单，但是系统价格昂贵，不适用其在教学实验室和普通科研机构的推广使用。目前的这些方法都存在一个共同的缺陷，在有损测量方法中，需要对植物叶片进行采摘，损坏了植物叶片，并且不能测量出待测植物叶片被其他枝叶遮挡时实际能接受光照的植物叶片面积大小。在无损的测量方法中，测量设备昂贵，方法繁琐。

例如：

1.中国专利公告号为CN1651861，公告日为2005.08.10，专利号为200510046004.4，发明名称为《一种阔叶植物叶片测定方法》)，该案中使用的测量方法就是要将植物叶片采集后才能测量，对植物叶片造成损坏，并且要用扫描仪、AutoCAD软件、Photoshop软件辅助测量，测量费用较高，并且不能测量出待测植物叶片被其他枝叶遮挡时实际能接受光照的植物叶片面积大小。

2.中国专利公告号为CN101021415，公告日为2007.08.22，专利号为200710013687.2，发明名称为《一种植物叶片面积的测量方法》，该案中所采用的方法对植物叶片的完整性要求高，要把植物叶片采集回到实验室才可以进行测量，同样对植物叶片造成损坏，并且不能测定出任何时刻植物叶片受光照的植物叶片面积的多少。

3.中国专利公告号为CN101298986，公告日为2008.11.05，专利号为200710011181.8，发明名称为《沙地阔叶植物叶面积的野外测定方法》，该案中所采用的方法是采集植物叶片后才能测量，同样对植物叶片造成损害，而且只能测量出整个植物叶片的面积，而对于不全部接受光照的植物叶片的接受光照的部分植物叶片的面积无法测量。

4.中国专利公告号为CN201266079，公告日为2009.07.01，专利号为200820200731.0，发明名称为《植物叶片面积测量仪》，该案中采用由上传送压带、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组合的测量仪，还采用较多的辅助仪器，费用相对稍高，过程相对繁琐，对提高测量效率等方面有一定的不足。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的损坏植物叶片的问题，提供了一种阔叶植物叶面积的无损测量方法。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：所述的阔叶植物叶面积的无损测量方法包括如下步骤：

1.用直尺量得白纸板的面积S1：S1＝10cm×10cm＝100cm²。

2.给白纸板和被测植物叶片拍照。

3.剪裁照片。

4.分别称量白纸板图像的重量G1与被测植物叶片图像的重量G2

用精度为0.01克的电子天平称出白纸板图像的重量G1与被测植物叶片图像的重量G2。

5.计算出被测植物叶片的真实面积S2，单位：cm²

根据被测植物叶片的叶面积计算公式：

S2＝S1×G2/G1计算。

6.称量部分受光照情况下被测植物叶片图像重量

用精度为0.01克的电子天平称出部分受光照情况下被测植物叶片图像的总重量G3，单位.克；再将阴影部分剪切掉，秤出受光照部分植物叶片图像的重量G4，单位.克；受光照部分植物叶片图像的重量G4与部分受光照情况下被测植物叶片图像的总重量G3和受光照部分植物叶片的相对面积S4与部分受光照情况下被测植物叶片的相对总面积S3之间的关系为S4/S3＝G4/G3，S4与S3.单位：cm²。

7.计算出部分受光照情况下被测植物叶片的相对总面积S3，单位：cm²

部分受光照情况下被测植物叶片的相对总面积S3与受光照部分植物叶片的真实面积S2之比等于G3/G2即S3/S2＝G3/G2，得出：S3＝G3/G2×S2。

8.计算出受光照部分植物叶片的相对面积S4，单位：cm²

受光照部分植物叶片的相对面积S4通过公式S4/S3＝G4/G3得出：S4＝G4/G3×S3。

技术方案中所述的给白纸板和被测植物叶片拍照包括如下步骤：

1.将面积S1的白纸板与被测植物叶片放在一水平的平面上，为了保证植物叶片平整，在被测植物叶片上放置有一定硬度的平板的透明物质。

2.将数码相机放在处于同一平面上的白纸板和被测植物叶片的正上方30cm处，将白纸板和被测植物叶片清晰地拍摄出一个画面的照片。

3.将部分受光照情况下被测植物叶片拍摄出照片。

4.将拍摄好的白纸板、某一时刻被测植物叶片和部分受光照情况下被测植物叶片的照片洗出或打印。

技术方案中所述的剪裁照片包括如下步骤：

1.从洗好或打印出的照片上用剪刀将白纸板图像裁剪下来；

2.从洗好或打印出的照片上用剪刀将被测植物叶片图像裁剪下来；

3.从洗好或打印出的照片上用剪刀将部分受光照情况下被测植物叶片图像裁剪下来。

技术方案中所述的用精度为0.01克的电子天平称出白纸板图像的重量G1与被测植物叶片图像的重量G2包括如下步骤：

1.当照片采用冲洗照片纸张时称量裁剪下来的白纸板图像的重量G1与被测植物叶片图像的重量G2。

2.当照片采用普通打印纸张时称量裁剪下来的白纸板图像的重量G1与被测植物叶片图像的重量G2。

技术方案中所述的计算出被测植物叶片的真实面积S2包括如下步骤：

1.当照片采用冲洗照片纸张时根据计算公式：S2＝S1×G2/G1计算被测植物叶片的真实面积S2。

2.当照片采用普通打印纸张时根据计算公式：S2＝S1×G2/G1计算被测植物叶片的真实面积S2。

技术方案中所述的称量部分受光照情况下被测植物叶片图像重量包括如下步骤：

1.当照片采用冲洗照片纸张时称量裁剪下来的被测植物叶片图像的总重量G3。

2.当照片采用冲洗照片纸张时剪切掉阴影部分后称量受光照部分植物叶片图像的重量G4。

3.当照片采用普通打印纸张时称量裁剪下来的被测植物叶片图像的总重量G3。

4.当照片采用普通打印纸张时剪切掉阴影部分后称量受光照部分植物叶片图像的重量G4；

技术方案中所述的计算出部分受光照情况下被测植物叶片的相对总面积S3包括如下步骤：

1.当照片采用冲洗照片纸张时采用权利要求1的步骤6)称量的部分受光照情况下被测植物叶片图像的总重量G3和当照片采用冲洗照片纸张时采用权利要求1的步骤6)称量的受光照部分植物叶片图像的重量G4计算得到相对总面积S3。

2.当照片采用普通打印纸张时采用权利要求1的步骤6)称量的部分受光照情况下被测植物叶片图像的总重量G3和当照片采用普通打印纸张时采用权利要求1的步骤6)称量的受光照部分植物叶片图像的重量G4计算得到相对总面积S3。

技术方案中所述的计算出受光照部分植物叶片的相对面积S4包括如下步骤：

1.当照片采用冲洗照片纸张时采用权利要求1的步骤6)称量的部分受光照情况下被测植物叶片图像的总重量G 3和当照片采用冲洗照片纸张时采用权利要求1的步骤6)称量的受光照部分植物叶片图像的重量G4计算得到相对面积S4。

2.当照片采用普通打印纸张时采用权利要求1的步骤6)称量的部分受光照情况下被测植物叶片图像的总重量G3和当照片采用普通打印纸张时采用权利要求1的步骤6)称量的受光照部分植物叶片图像的重量G4计算得到相对面积S4。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.本发明所述的阔叶植物叶面积的无损测量方法能将任何时刻植物叶片接受光照的面积测算出来。

2.本发明所述的阔叶植物叶面积的无损测量方法适用范围广，适用于多种阔叶植物叶片，对不规则植物叶片的测量更方便，并且不会损伤植物叶片。

3.本发明所述的阔叶植物叶面积的无损测量方法在测量时不受材料，仪器的限制。

4.本发明所述的阔叶植物叶面积的无损测量方法克服了室内测定的限制，无需过多的办公仪器，成本低，可在植物生长现场直接测量。

5.本发明所述的阔叶植物叶面积的无损测量方法简单、方便，速度快，步骤清晰，省时，省力，而且数据准确。

6.本发明所述的阔叶植物叶面积的无损测量方法采用数码相机来协助完成阔叶植物叶片面积的测量，对照片进行测量而后推算，植物叶片大小、形状不会影响数据的准确性。

7.本发明所述的阔叶植物叶面积的无损测量方法不受人为因素的控制和影响，直接对实物进行拍照，不需要外界的作用。

8.本发明所述的阔叶植物叶面积的无损测量方法使用相机，白纸板和电子天平等简单的辅助仪器即可完成，为植物生态研究提高了效率，在农业科研中可以广泛应用。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1是表示采用本发明所述的阔叶植物叶面积的无损测量方法欲测量处于自然生长状态下的阔叶植物叶片的结构示意图；

图2是表示本发明所述的阔叶植物叶面积的无损测量方法中所采用的10cm×10cm的标准白纸板的结构示意图；

图3是表示采用本发明所述的阔叶植物叶面积的无损测量方法测量处于平整状态下的1号叶片操作示意图；

图中：1.1号叶片，2.2号叶片，3.标准白纸板，4.透明材料，5.垫板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

参阅图1，在大自然生长中的阔叶植物叶片整体上常常不是完全处于一个水平面上，很多都是处于自然的弯曲状态。这给测量叶面积带来了一定的困难，传统的测量方法均有各自的缺陷。

本发明所述的阔叶植物叶面积的无损测量方法首先对自然生长状态下并且被其它叶片遮挡的待测叶片进行拍照。然后小心的将遮挡在待测叶片1上的叶片2用手提起来，使叶片1不被遮挡，使得用相机拍照叶片1时，能拍得完整的叶片图像。

参阅图2，本方法需用一个10cm×10cm的白纸板作为参照面积。

参阅图3，用一个硬质的、平整的塑料垫板垫在待测叶片和10cm×10cm的白纸板的下面，用透明材料压在待测叶片和10cm×10cm纸板上面，使得待测叶片和纸板的平整并且处于一个水平面上

先利用公式S2＝S1×G2/G1计算出平整叶片的面积S2，S2是叶片1的真实面积。

在利用另一公式S3＝G3/G2×S2计算出处于自然弯曲状态下的叶片面积S3，由于在处于自然弯曲状态下的叶片在照片中反映出来的是个二维图片，利用图像重量之比等于面积之比的公式而获取的面积S3会比S2小，所以该方法中的S3是个相对叶面积，假设以后利用各个公式获取的各个部分叶片面积为S，则S均为各个部分叶片的相对叶面积，如果有需要的话，利用公式S×(S2/S3)可以求出各个部分叶片的真实面积。

本发明所述的阔叶植物叶面积的无损测量方法包括如下步骤：

1.量得白纸板的面积S1

用直尺量出白纸板的面积：S1＝10cm×10cm＝100cm²。

2.给白纸板和被测植物叶片拍照

参阅图1与图3，将面积为S1的白纸板与被测植物叶片放在处于同一水平位置的平面上，为保证白纸板与被测植物叶片处于同一水平位置，将植物叶片和白纸板放在同一平板上，并且不能有树叶和枝干遮挡白纸板，为了保证植物叶片平整，在被测植物叶片上放置有一定硬度的平板类的透明材质的物质(玻璃、塑料)将植物叶片压平。拍照时将数码相机放在处于同一水平位置的白纸板和植物叶片的正上方30cm处，调整至图像清晰并能够将白纸板和植物叶片同拍入一个画面。拍摄某一时刻被测植物叶片受光照的情况如图1，包括拍摄出部分受光照情况下被测植物叶片的照片(图1和图3所示的两张照片)，将拍好后的照片洗出或打印。

3.剪裁照片

从洗好或打印出的照片上用剪刀分别将白纸板和被测植物叶片图像以及/或在部分受光照情况下植物叶片图像分别裁剪下来。并且严格要求不能误剪和错剪，以免影响测量结果的准确性。

4.分别称量裁剪下来的白纸板图像的重量G1与被测植物叶片图像的重量G2

用精度为0.01克的电子天平称出白纸板图像的重量G1，用精度0.01克的电子天平再称出被测植物叶片图像的重量G2。

这种称量分两种情况：

1)照片采用冲洗照片纸张时的白纸板图像的重量G1与被测植物叶片图像的重量G2。

2)照片采用普通打印纸张时的白纸板图像的重量G1与被测植物叶片图像的重量G2。

5.计算出被测植物叶片的真实面积S2(单位cm²)。

根据被测植物叶片的叶面积计算公式计算：

S2＝S1×G2/G1

1)照片所用材料为冲洗照片纸张

2)照片所用材料为普通打印纸张

通过两种材料的多次测量，植物叶片面积平均值分别为：11.156cm²和11.234cm²，所产生的误差是在允许的范围内，并说明数据的准确性不受所用材质的影响。

6.称量部分受光照情况下被测植物叶片图像重量

用精度0.01克的电子天平称出部分受光照情况下被测植物叶片图像的总重量G3，再将阴影部分剪切掉，秤出受光照部分植物叶片图像的重量G4。受光照部分植物叶片的相对面积S4与部分受光照情况下被测植物叶片的相对总面积S3之比等于G4/G3，即S4/S3＝G4/G3。

1)照片所用材料为冲洗照片纸张

2)照片所用材料为普通打印纸张

通过两种材料的多次测量，受光照部分植物叶片图像重量G4与部分受光照情况下被测植物叶片图像总重量G 3之比的平均值分别为：0.774和0.762，所产生的误差是在允许的范围内，并说明数据的准确性不受所用材质的影响。

7.计算出部分受光照情况下被测植物叶片的相对总面积S3(单位cm²)

部分受光照情况下植物叶片的相对总面积S3与被测植物叶片的真实叶面积S2之比等于G3/G2，即S3/S2＝G3/G2。得出S3＝G3/G2×S2

1)照片所用材料为冲洗照片纸张

2)照片所用材料为普通打印纸张

通过两种材料的多次测量，部分受光照情况下被测植物叶片相对总面积S3平均值分别为：10.476cm²和10.130cm²，所产生的误差是在允许的范围内，并说明数据的准确性不受所用材质的影响。

8.计算出受光照部分植物叶片相对面积(单位cm²)

通过公式S4/S3＝G4/G3，得出：S4＝G4/G3×S3

1)照片所用材料为冲洗照片纸张

2)照片所用材料为普通打印纸张

通过两种材料的多次测量，受光照部分植物叶片相对面积S4的平均值分别为：8.095cm²和7.721cm²，所产生的误差是在允许的范围内，并说明数据的准确性不受所用材质的影响。

Claims

1.一种阔叶植物叶面积的无损测量方法，其特征在于，所述的阔叶植物叶面积的无损测量方法包括如下步骤：

1)用直尺量得白纸板的面积S1：S1＝10cm×10cm＝100cm²；

2)给白纸板和被测植物叶片拍照；

3)剪裁照片；

4)分别称量白纸板图像的重量G1与被测植物叶片图像的重量G2

用精度为0.01克的电子天平称出白纸板图像的重量G1与被测植物叶片图像的重量G2；

5)计算出被测植物叶片的真实面积S2，单位：cm²

根据被测植物叶片的叶面积计算公式：

S2＝S1×G2/G1计算；

6)称量部分受光照情况下被测植物叶片图像重量

用精度为0.01克的电子天平称出部分受光照情况下被测植物叶片图像的总重量G3，单位.克；再将阴影部分剪切掉，秤出受光照部分植物叶片图像的重量G4，单位.克；受光照部分植物叶片图像的重量G4与部分受光照情况下被测植物叶片图像的总重量G3和受光照部分植物叶片的相对面积S4与部分受光照情况下被测植物叶片的相对总面积S3之间的关系为S4/S3＝G4/G3，S4与S3.单位：cm²；

7)计算出部分受光照情况下被测植物叶片的相对总面积S3，单位：cm²

部分受光照情况下被测植物叶片的相对总面积S3与受光照部分植物叶片的真实面积S2之比等于G3/G2即S3/S2＝G3/G2，得出：S3＝G3/G2×S2；

8)计算出受光照部分植物叶片的相对面积S4，单位：cm²

2.按照权利要求1所述的阔叶植物叶面积的无损测量方法，其特征在于，所述的给白纸板和被测植物叶片拍照包括如下步骤：

1)将面积S1的白纸板与被测植物叶片放在一水平的平面上，为了保证植物叶片平整，在被测植物叶片上放置有一定硬度的平板的透明物质；

2)将数码相机放在处于同一平面上的白纸板和被测植物叶片的正上方30cm处，将白纸板和被测植物叶片清晰地拍摄出一个画面的照片；

3)将部分受光照情况下被测植物叶片拍摄出照片；

4)将拍摄好的白纸板、某一时刻被测植物叶片和部分受光照情况下被测植物叶片的照片洗出或打印。

3.按照权利要求1所述的阔叶植物叶面积的无损测量方法，其特征在于，所述的剪裁照片包括如下步骤：

1)从洗好或打印出的照片上用剪刀将白纸板图像裁剪下来；

2)从洗好或打印出的照片上用剪刀将被测植物叶片图像裁剪下来；

3)从洗好或打印出的照片上用剪刀将部分受光照情况下被测植物叶片图像裁剪下来。

4.按照权利要求1所述的阔叶植物叶面积的无损测量方法，其特征在于，所述的用精度为0.01克的电子天平称出白纸板图像的重量G1与被测植物叶片图像的重量G2包括如下步骤：

1)当照片采用冲洗照片纸张时称量裁剪下来的白纸板图像的重量G1与被测植物叶片图像的重量G2；

2)当照片采用普通打印纸张时称量裁剪下来的白纸板图像的重量G1与被测植物叶片图像的重量G2。

5.按照权利要求1所述的阔叶植物叶面积的无损测量方法，其特征在于，所述的计算出被测植物叶片的真实面积S2包括如下步骤：

1)当照片采用冲洗照片纸张时根据计算公式：S2＝S1×G2/G1计算被测植物叶片的真实面积S2；

2)当照片采用普通打印纸张时根据计算公式：S2＝S1×G2/G1计算被测植物叶片的真实面积S2。

6.按照权利要求1所述的阔叶植物叶面积的无损测量方法，其特征在于，所述的称量部分受光照情况下被测植物叶片图像重量包括如下步骤：

1)当照片采用冲洗照片纸张时称量裁剪下来的被测植物叶片图像的总重量G3；

2)当照片采用冲洗照片纸张时剪切掉阴影部分后称量受光照部分植物叶片图像的重量G4；

3)当照片采用普通打印纸张时称量裁剪下来的被测植物叶片图像的总重量G3；

4)当照片采用普通打印纸张时剪切掉阴影部分后称量受光照部分植物叶片图像的重量G4。

7.按照权利要求1所述的阔叶植物叶面积的无损测量方法，其特征在于，所述的计算出部分受光照情况下被测植物叶片的相对总面积S3包括如下步骤：

1)当照片采用冲洗照片纸张时采用权利要求1的步骤6)称量的部分受光照情况下被测植物叶片图像的总重量G3和当照片采用冲洗照片纸张时采用权利要求1的步骤6)称量的受光照部分植物叶片图像的重量G4计算得到相对总面积S3；

2)当照片采用普通打印纸张时采用权利要求1的步骤6)称量的部分受光照情况下被测植物叶片图像的总重量G3和当照片采用普通打印纸张时采用权利要求1的步骤6)称量的受光照部分植物叶片图像的重量G4计算得到相对总面积S3。

8.按照权利要求1所述的阔叶植物叶面积的无损测量方法，其特征在于，所述的计算出受光照部分植物叶片的相对面积S4包括如下步骤：

1)当照片采用冲洗照片纸张时采用权利要求1的步骤6)称量的部分受光照情况下被测植物叶片图像的总重量G3和当照片采用冲洗照片纸张时采用权利要求1的步骤6)称量的受光照部分植物叶片图像的重量G4计算得到相对面积S4；

2)当照片采用普通打印纸张时采用权利要求1的步骤6)称量的部分受光照情况下被测植物叶片图像的总重量G3和当照片采用普通打印纸张时采用权利要求1的步骤6)称量的受光照部分植物叶片图像的重量G4计算得到相对面积S4。