CN101852598A

CN101852598A - 一种活体测定叶面积仪

Info

Publication number: CN101852598A
Application number: CN201010194642A
Authority: CN
Inventors: 廖耀平; 陈友订; 陈浩丰; 程永盛; 周新桥; 陈达刚; 李丽君; 陈冠华; 何秀英; 陈钊明; 张旭; 李巨昌
Original assignee: Rice Research Institute of Guangdong Academy of Agricultural Sciences
Current assignee: Rice Research Institute of Guangdong Academy of Agricultural Sciences
Priority date: 2010-06-02
Filing date: 2010-06-02
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2030-06-02
Also published as: CN101852598B

Abstract

一种活体测定叶面积仪，其照明光源包括上、下光源；摄像头为一带CCD芯片的摄像头，在摄像头上方有前、后挡光板；信号发送轮位于摄像头正上方且在其表面从左向右绕有一反光扁平丝，下光源的光经反射镜后射到信号发送轮上再由反射镜折返到摄像头且在测定过程中信号光点不断地反复由左向右移动；传送轴包括被动压送轴和主动传送轴，在主动传送轴的中部设有与叶脉基部相适应的凹槽；减速电机通过一传动齿轮分别传动信号发送轮和主动传送轴的齿轮。本发明体积小、重量轻、携带及使用方便，在测试叶片时其不会破坏叶片，其能对同一叶片在不同时期的叶面积和同一植株叶片叶面积的发生发展进行追踪研究。

Description

一种活体测定叶面积仪

技术领域

本发明涉及一种测定叶子面积的设备，更具体地说，涉及一种活体测定叶面积仪。

背景技术

叶片是植物进行光合作用的主要器官，是众多关于估算植物特征参数模型输入或输出的重要参数，常用在植物生物生化、生理生态、作物栽培管理与育种等研究和应用方面。因此，如何准确获取所研究对象单位叶面积具有重要的意义。

目前的叶面积测定的方法可分为传统的手工测定法与先进的电子技术测定法。传统的手工测定法包括方格法、纸重法、打孔称重法、系数法等，这些方法简单易学，仪器设备便宜易得，但往往费时费力，精度低；电子技术测定方法有激光叶面积仪法、光电叶面积仪法、数字图像处理技术法等，从而使叶面积测定走向了半自动化，在一定程度上减少了人力的投入，其共同特点是测定准确，重复性好，但仪器设备价格昂贵，维修困难。上述测定方法除方格法外均为破坏性测量。破坏性测量会大量摘取叶片，直接导致个体的叶片损失，破坏了其它指标测定的系统性。因此，如何研究开发快速准确、价格低廉、非破坏性的叶面积测定仪成为一个重要的研究课题。

基于数字图像视觉分析的叶面积活体测定设备是非破坏性的，但仅适用于平面状叶面积。其工作原理是制作适当的标准面积板，用数码相机拍摄与标准面积板处于同一平面的叶片，然后通过计算数字图像中每个像素点代表的真实面积和叶片图像所占的像素数量，计算出叶片面积。对于长叶型植物尤其是水稻、小麦等，该设备存在活体测量的实际困难：叶片窄长易弯曲，繁茂重叠，田间摄影难度大等。

目前，对水稻、小麦等的叶面积测量，大都是将叶片从植株上摘下来后，采用鲜(干)重法和室内仪器法测量，均为破坏性测量。水稻、小麦等长叶型植物大都是群体性产量作物，某一个体的破坏会大大影响其周围个体的形态发展和生理指标。破坏性测量需大量摘取叶片，直接影响了群体的叶面积指数和周围个体的光照条件，从而破坏了同一指标在不同时期测定的环境一致性，加大了田间试验的设备性误差。而且在测定过程中摘取的叶片很容易因为离体操作时间过长导致脱水卷叶，加大了测量的难度和精度。破坏性测量无法实现同一叶片在不同时期的叶面积进行重复测定，更无法对同一植株叶片叶面积的发生发展进行追踪测定。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种体积小、重量轻、携带及使用方便的活体测定叶面积仪，该活体测定叶面积仪在测试叶片时不会破坏叶片，其能够对同一叶片在不同时期的叶面积和同一植株叶片叶面积的发生发展进行追踪研究。

为了解决上述技术问题，本发明采用了以下技术方案：

一种活体测定叶面积仪，其包括测定仪主体、摄像头、反射镜、照明光源、减速电机、信号发送轮和传送轴，测定仪主体带有测定平台；所述照明光源包括一用于照亮信号点的下光源和一用于照亮叶片白背景的上光源；所述摄像头为一带CCD芯片的摄像头，摄像头与一计算机连接，摄像头安装在测定平台下方并且面向测定平台，被检测的叶片的图像和信号发送轮上的光点都落在摄像头的画面上，在摄像头上方设有前档光板和后档光板；信号发送轮位于摄像头正上方并且在信号发送轮表面上从左向右绕有一条反光扁平丝，下光源的光经反射镜后射到信号发送轮的某一点上再由反射镜折返到摄像头并且在测定过程中信号光点不断地反复由左向右移动以提供读取各次采样的叶子长度的信号；所述传送轴包括相配合的被动压送轴和主动传送轴，在主动传送轴的中部设有与叶脉基部相适应的凹槽；所述减速电机通过一传动齿轮分别传动信号发送轮和主动传送轴的齿轮。

所述信号发送轮的直径为10～15毫米、长度为25～30毫米；反光扁平丝为“～”形并且其宽度为0.1～0.2毫米。

所述信号发送轮的直径为15毫米、长度为30毫米；反光扁平丝的宽度为0.1毫米。

所述主动传送轴的中部的凹槽为环形凹槽。。

本发明由于采用了上述结构，通过使摄像头成像，焦点落在测定平台上，图像分为两个区域并分别读取两组数据，在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，在图像的后缘端读出同一时间段内的走叶长度，并由此计算该段的实测面积，且测定可以根据实际需要连续或间断进行，结果计算及累加可自动随之调整，故本发明在测试叶片时不会破坏叶片，其能够对同一叶片在不同时期的叶面积和同一植株叶片叶面积的发生发展进行追踪研究。另外，本发明体积小、重量轻、携带及使用方便；测量水稻等的叶片时快速准确，精度高，同时其价格低廉，成本造价不到1000元。

在结合附图阅读本发明的实施方式的详细描述后，本发明的特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本发明的截面示意图。

具体实施方式

下面以一个实施方式对本发明作进一步详细的说明，但应当说明，本发明的保护范围不仅仅限于此。

参阅图1，一种活体测定叶面积仪，其包括测定仪主体1、摄像头8、反射镜12、照明光源、减速电机6、信号发送轮11和传送轴，测定仪主体1带有测定平台；所述照明光源包括一用于照亮信号点的下光源9和一用于照亮叶片白背景的上光源3；所述摄像头8为一带CCD芯片的摄像头，摄像头8与一计算机连接，摄像头8安装在测定平台下方并且面向测定平台，被检测的叶片的图像和信号发送轮11上的光点都落在摄像头8的画面上，在摄像头8上方设有前档光板7和后档光板9；信号发送轮11位于摄像头8正上方并且在信号发送轮11表面上从左向右绕有一条反光扁平丝，下光源9的光经反射镜12后射到信号发送轮11的某一点上再由反射镜12折返到摄像头8并且在测定过程中信号光点不断地反复由左向右移动以提供读取各次采样的叶子长度的信号；所述传送轴包括相配合的被动压送轴4和主动传送轴5，在主动传送轴5的中部设有与叶脉基部相适应的环形凹槽；所述减速电机6通过一传动齿轮13分别传动信号发送轮11和主动传送轴5的齿轮。信号发送轮11的直径为10～15毫米、长度为25～30毫米；反光扁平丝为“～”形并且其宽度为0.1～0.2毫米；例如，信号发送轮11的直径为15毫米、长度为30毫米；反光扁平丝的宽度为0.1毫米等而不影响本发明的保护范围。

本实施方式使用时，摄像头8装在电脑上，利用计算机作为运算工具，通过计算机显示测定值以及把数据记录并存储到计算机内，实现样本非破坏性活体追踪测定。

本实施方式基本原理为：本实施方式通过使摄像头8成像，焦点落在测定平台上；图像分为两个区域并分别读取两组数据，在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，在图像的后缘端读出同一时间段内的走叶长度，并由此计算该段实测面积，且测定可以根据实际需要连续或间断进行、结果计算及累加自动随之调整。

摄像头8可为韩国生产的罗技笔记本型摄像头，摄像头不采用CMOS芯片摄像头而使用CCD芯片摄像头是因为CMOS芯片摄像头的像素小和响应速度慢，而CCD芯片摄像头可以确保精度。

摄像头8安装在测定平台下方。在使用时，通过调整摄像头8的焦距，使得被检测的叶片的图像及信号发送轮11上的光点都清淅地落在摄像头8的画面上。一方面，被检测的叶片的图像落在CCD画面的前缘端，叶片经过检测口时，它的黑影的宽度与叶面成正比；在运算程序中这是叶宽的数据；另一方面，信号发送轮11表面上的光点不断地由左向右移动，如数值由0-＞310，周而复始。摄像头8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)。在某一时段采集到叶宽与叶长的乗积等于该测量段的叶面积，在叶子的整个走叶过程中，通过连续的累加，即可得出该过程中所测到的叶面积总数，通过电脑显示及记录保存下来。另一测定样本又重复上述步骤。

信号发送轮11位于摄像头8的正上方，正好挡掉了摄像头8的画面中不需要的部分。下光源9的光经反射镜12射到信号发送轮11上的某一点再由反射镜12折返到摄像头8。显示器上的后缘端出现一个小亮点。在测定过程中，信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信号。

主动传送轴5中部有环形凹槽，其形如V字，其大小与叶脉基部相适应，其利于叶脉在其间通过不致压伤。

在摄像头8上方前后两侧分别设有前档光板9和后档光板10，它们用于隔断外部光的干拢。

在测定仪主体1上方设有可自动弹开的上盖2，在测定时将被测叶片放在测定平台上，然后压下上盖2，打开马达电源开关，此时，减速电机6动作，此时，传动齿轮13动作并进一步带动信号发送轮11、主动传送轴5的齿轮的齿轮动作，最终，被测叶片随即徐徐送出，同时，测定仪主体1也顺着向后上方提升，直至整片叶走完为止。其中，通过传动齿轮13调节信号发送轮11、主动传送轴5的齿轮处于最佳的转速比，从而可获得最理想的测定速度、精度和进度。

本实施方式的使用方法为：

1.给电脑安装PC及罗技笔记本电脑驱程。

2.启动PC程序，显示屏会蹦出相关画面，然后双击该画面，最后点“确认”后即可开始工作。

3.测定方法：开放上盖2，将待测的水稻叶片的最基部位放到主动传送轴5中部的环形凹槽处，压上上盖2，此时上盖2的LED照明灯发亮，测定画面的前端出现一条亮线而且有一黑点，即叶柄的图像，此时点击“测定”，然后开启减速电机6，这时被测叶片自动被送出，直至整片叶子走完。关闭电机电源。这片叶子就测定完毕。

4.重复第三步骤，启动另一次测定。

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0.4)。方法：预先准备一个黑色卡纸(例如50cm²)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(50cm²)除以平均值得转换系数。一般标准误差应不超过1.5％。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域的技术人员可以在所附权利要求的范围之内作出各种变形或修改，只要不超过本发明的权利要求所描述的保护范围，都应当在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种活体测定叶面积仪，其包括测定仪主体(1)、摄像头(8)、反射镜(12)、照明光源、减速电机(6)、信号发送轮(11)和传送轴，测定仪主体(1)带有测定平台；其特征在于：所述照明光源包括一用于照亮信号点的下光源(9)和一用于照亮叶片白背景的上光源(3)；所述摄像头(8)为一带CCD芯片的摄像头，摄像头(8)与一计算机连接，摄像头(8)安装在测定平台下方并且面向测定平台，被检测的叶片的图像和信号发送轮(11)上的光点都落在摄像头(8)的画面上，在摄像头(8)上方设有前档光板(7)和后档光板(9)；信号发送轮(11)位于摄像头(8)正上方并且在信号发送轮(11)表面上从左向右绕有一条反光扁平丝，下光源(9)的光经反射镜(12)后射到信号发送轮(11)的某一点上再由反射镜(12)折返到摄像头(8)并且在测定过程中信号光点不断地反复由左向右移动以提供读取各次采样的叶子长度的信号；所述传送轴包括相配合的被动压送轴(4)和主动传送轴(5)，在主动传送轴(5)的中部设有与叶脉基部相适应的凹槽；所述减速电机(6)通过一传动齿轮(13)分别传动信号发送轮(11)和主动传送轴(5)的齿轮。

2.根据权利要求1所述的一种活体测定叶面积仪，其特征在于：所述信号发送轮(11)的直径为10～15毫米、长度为25～30毫米；反光扁平丝为“～”形并且其宽度为0.1～0.2毫米。

3.根据权利要求2所述的一种活体测定叶面积仪，其特征在于：所述信号发送轮(11)的直径为15毫米、长度为30毫米；反光扁平丝的宽度为0.1毫米。

4.根据权利要求1所述的一种活体测定叶面积仪，其特征在于：所述主动传送轴(5)的中部的凹槽为环形凹槽。