CN106767426A - 水稻株叶型测定方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种田间图像采集装置，包括具有腔体的底座以及与底座间隔摆放的相机，底座上安装有主台，主台纵向边缘之间活动设置有至少一对测量爪，并于主台纵向边缘上设置与测量爪配合的刻度；主台上设置有若干延伸至底座腔体内的水槽，并于其横向边缘安装有背景挡板；水槽表面设置有夹持装置；夹持装固置包括固定于水槽表面一侧的定件，固定件内设置有推杆；推杆一端连接有位于水槽边缘的弧形挡板，另一端延伸至固定件外。测定方法包括以下步骤：(一)安装田间图像采集装置；(二)拍摄照片；(三)导入电脑，得出转化式；(四)计算得到叶片实际长度；(五)计算得到叶片实际宽度。本发明可使水稻在测定过程中保持自然生长状态，可简单快速的得出叶片各参数的准确数值。

Description

水稻株叶型测定方法及其装置

技术领域

本发明属于农业技术领域，具体涉及一种水稻株叶型测定方法及其装置。

背景技术

水稻高产的前提是具有高质量的群体，而良好的个体株型是超高产的骨架和群体质量的基础。水稻株型因子直接影响水稻田间个体受光姿态和冠层内光分布，进而影响水稻植株光合作用与物质生产，因此对水稻株型因子的测定是基础环节。

目前，对水稻株叶型的测定，多采用人工测量的方法，田间取样后再进入实验室手工测量，其缺陷在于，操作过程复杂，耗时长，植株容易萎焉，不能保证水稻呈现自然状态，测量效果差，数据准确度不高。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供一种水稻株叶型测定方法及其装置，其有效解决了现有技术中采集样本路途远，耗时长，进而导致植株容易萎焉，测量效果差，数据不准确的问题。

为解决上述的技术问题，本发明采用的技术方案为：

提供一种田间图像采集装置，其特征在于：包括具有腔体的底座以及与底座间隔摆放的相机，底座上安装有主台，主台纵向边缘之间活动设置有至少一对测量爪，并于主台纵向边缘上设置与测量爪配合的刻度；主台上设置有若干延伸至底座腔体内的水槽，并于其横向边缘安装有背景挡板；水槽表面设置有夹持装置；

夹持装置包括固定于水槽表面一侧的固定件，固定件内设置有推杆；推杆一端连接有位于水槽边缘的弧形挡板，另一端延伸至固定件外。

进一步地，水槽呈圆锥形，其底部填充有保鲜泥土。

进一步地，背景挡板横向边缘均开有凹槽，凹槽之间设置有测量尺。

进一步地，背景挡板与测量尺之间设置有黑布。

采用权利要求1～4任一项所述的田间图像采集装置而进行的水稻田间株叶型测定方法，包括以下步骤：

(一)摆放田间图像采集装置，调整相机位置，使相机镜头与图像采集台位于同一水平面；

(二)将待测植株放入水槽中，通过夹持装置使其保持自然生长状态，于植株旁设定一垂直于主台的标尺，再使用相机进行拍照，得照片；

(三)将照片导入计算机中，通过像素坐标得出标尺像素长度，此时，标尺实际长度S1/标尺像素长度S2的缩放比例等于物体实际长度S3/物体像素长度S4的缩放比例，通过转换得出S3＝S1/S2*S4；

(四)水稻叶片主脉为一段平滑曲线，在照片中将其分割为若干段，通过像素坐标计算得到各段的像素长度，再将各曲线段的像素长度之和带入步骤(三)所得转化式中，得叶片主脉实际长度；

(五)取照片中叶脉上的至少三个像素坐标点，通过直线方程通式Ax+By+C＝0得出关于叶脉的直线方程ax+by+c＝0，再于叶片轮廓两侧边缘任取两相对于叶脉对称的像素坐标点，带入公式中，计算可得叶片像素宽度，再将其带入步骤(三)所得的转化式，得叶片实际宽度。

本发明的有益效果为：

现有技术中，先在田间取样，然后再带入实验室手工测量，从田间到实验室路途遥远，耗时长，不能保证水稻呈现出原有的自然状态，进而影响实验数据的准确性，而本实验通过使用田间图像采集装置，其中水槽底部填充的泥土可避免水稻萎焉，使水稻长时间保持鲜活状态，即使水稻在拍照时保持自然直立生长状态，便于对水稻进行测量，使所测数据更加接近水稻生长时的状态，提升数据的准确性。

本发明通过物体实际长度与像素长度之间转化得到转化式，通过计算物体在照片上的像素长度，再由转化式进行转化，即可得到物体实际长度，使得所测数据精确，操作简单快捷。

附图说明

图1为田间图像采集装置的侧视图；

图2为水槽的结构示意图；

图3为夹持装置的俯视图；

图4为测量爪的结构示意图。

其中，其中，1、主台；2、底座；3、背景挡板；4、水槽；5、弧形挡板；6、测量爪；7、推杆；8、腔体；9、夹持装置；10、测量尺；11、凹槽；12、相机。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1所示，该田间图像采集装置，包括具有腔体的底座2以及与底座2间隔摆放的相机12，底座2上安装有主台1，且相机12镜头与主台1位于同一水平面上，为便于设备的搬运，实施时，优选底座2的尺寸小于主台1的尺寸。

如图1所示，主台1上安装有垂直于主台1上表面的背景挡板3，在其横向边缘均开有凹槽11，并在凹槽11之间设置有一测量尺10，测量尺10可在凹槽11内左右移动。

为保证在田间杂乱的环境中，凸显采集对象，减少干扰，在背景挡板3上附着有黑布，黑布位于测量尺10下方，提高了图像采集的准确性。

如图1和图2所示，主台2上设置有若干延伸至底座1内的水槽4，为提升水稻植株在装置中的直立效果以及避免植株萎焉，实施时，优选将水槽4设计为圆锥形，水稻茎杆可很好的深入锥形底部，保持直立，并在锥形底部填充有加湿的泥土，使水稻可长时间保持鲜活状态，提高了图像采集的准确性，以及测量数据的准确性。

如图1和图3所示，在水槽4的表面均安装有夹持装置9，其包括固定于水槽9表面一侧的固定件8，固定件8内设置有推杆7；推杆7一端连接有位于水槽边缘的弧形挡板5，另一端延伸至固定件8外，并在固定件8上表面设置有与螺栓配合的内螺纹段。

推杆7可推动弧形挡板5进行运动，改变水槽4表面的大小，再通过螺栓对推杆7进行固定，以固定不同茎杆尺寸的水稻，提升装置的实用性和适用范围，同时还可进一步对水稻植株进行固定，使植株保持自然直立状态。

如图1和图4所示，主台1的纵向边缘之间活动设置有至少一对测量爪6，并在主台1纵向边缘上设置于测量爪6配合的刻度，通过移动纵向边缘两侧的测量爪6，使植株茎杆处于测量爪6之间，即可测得植株茎杆尺寸，提升了测量数据的准确性。

本发明所提供的水稻田间株叶型测定方法包括以下步骤：

(一)、摆放田间图像采集装置，调整相机位置，使相机镜头与图像采集台位于同一水平面；优选相机为索尼nex-3n，相机分辨率调整为4912*3264；

(二)、将待测植株放入水槽中，通过夹持装置使其保持自然生长状态，于植株旁固定一垂直于主台的标尺，再使用相机进行拍照，得照片，使标尺与植株处于同一图像中，保证了标尺图像与植株图像分辨率相同；

(三)、将照片导入计算机中，标尺与植株处于同一图片中，保证了两者分辨率相同，由图像分辨的定义：单位长度上容纳的像素的点数，其单位为像素/英寸，可知，只需得出标尺在电脑中的像素长度，再由其与实际长度的比值即可得出图片像素长度与实际长度之间的关系式；

即，标尺实际长度S1/标尺像素长度S2的缩放比例等于物体实际长度S3/物体像素长度S4的缩放比例，即S1/S2＝S3/S4，物体实际长S3＝S1/S2*S4，得到物体实际长度与像素长度之间的转化式；

(四)、水稻叶片长度即为水稻叶片主脉长度，水稻叶片主脉为一段平滑曲线，在照片中将其分割为若干段，再记录每段首尾两点的坐标(X₀，Y₀)，(X₁，Y₁)，带入直线距离公式中，这两点之间的距离L即为此段曲线的长度，由此得到各段的像素长度，再将各曲线段的像素长度之和带入步骤(三)所得转化式中，得叶片主脉实际长度，即得水稻叶片长度；

(五)、取照片中叶脉上的至少三个像素坐标点，通过直线方程通式Ax+By+C＝0得出关于叶脉的直线方程ax+by+c＝0，再于叶片轮廓两侧边缘任取相对于叶脉对称的像素坐标点，带入点到直线的距离公式中，计算可得叶片像素宽度，再将其带入步骤(三)所得的转化式，即得叶片实际宽度。

水稻叶角为叶片与茎杆之间的夹角，在照片中以茎杆为y轴，叶片与茎杆之间的夹角为坐标原点，沿原点做叶片的切线，于切线上任取一点，通过三角公式即可得出叶角的大小。

水稻穗颈弯曲度为剑叶叶枕到穗尖所形成的连线与茎杆之间的夹角，在照片中确定剑叶叶枕以及水稻穗尖的像素坐标，通过直线距离公式即可得出剑叶叶枕与水稻穗尖之间的像素长度，将其带入步骤(三)所得的转化式中，即可得到剑叶叶枕与水稻穗尖之间的实际长度。

再由穗尖处向茎杆做垂线，于照片上得出垂足像素坐标，通过直线距离公式即可得出剑叶叶枕到垂足之间的像素长度，将其带入步骤(三)所得的转化式中，即可得到剑叶叶枕到垂足之间的实际长度，再由三角公式即可得出水稻的穗颈弯曲度。

整个过程均采用Image-Pro Plu 6.0图像处理软件进行处理。

实验例

为比较本发明和人工测定两种方法对水稻株叶形测量的效果，在相同条件下分别对两个株型品种F优498和宜香优2115随机各取80株完好无损的植株的茎粗、叶长和叶角进行手工测定和采用本发明方法进行测定，各重复3次，其结果见表1。

根据表1中的数据可得出，采用两种不同方法同时测定F优498和宜香优2115的叶长、叶角和茎粗，其中，图像处理法和人工测定方法所得的F优498和宜香优2115的叶长叶角的相关系数r均为0.99，茎粗的相关系数分别为0.92和0.97，表明两种方法都具有很好的相关性；而采用图像处理法所测得的叶长叶角的变异系数CV(％)均小于人工测定方法测得的变异系数，因此，本发明比人工测定法具有更好的重演性和准确性。

Claims (5)

1.一种田间图像采集装置，其特征在于：包括具有腔体的底座(2)以及与底座(2)间隔摆放的相机(12)；所述底座(2)上安装有主台(1)，主台(1)纵向边缘之间活动设置有至少一对测量爪(6)，并于主台(1)纵向边缘上设置与测量爪(6)配合的刻度；所述主台上设置有若干延伸至底座(2)腔体内的水槽(4)，并于其横向边缘安装有背景挡板(3)；所述水槽(4)表面设置有夹持装置(9)；

所述夹持装置(9)包括固定于水槽(4)表面一侧的固定件(8)，固定件(8)内设置有推杆(7)；所述推杆(7)一端连接有位于水槽(4)边缘的弧形挡板(5)，另一端延伸至固定件(8)外。

2.根据权利要求1所述的田间图像采集装置，其特征在于：所述水槽(4)呈圆锥形，其底部填充有保鲜泥土。

3.根据权利要求1所述的田间图像采集装置，其特征在于：所述背景挡板(3)横向边缘均开有凹槽(11)，凹槽(11)之间设置有测量尺(10)。

4.根据权利要求3所述的田间图像采集装置，其特征在于：所述背景挡板(3)与测量尺(10)之间设置有黑布。

5.采用权利要求1～4任一项所述的田间图像采集装置而进行的水稻田间株叶型测定方法，其特征在于：包括以下步骤：

(一)摆放田间图像采集装置，调整相机位置，使相机镜头与图像采集台位于同一水平面；

(二)将待测植株放入水槽中，通过夹持装置使其保持自然生长状态，于植株旁设定一垂直于主台的标尺，再使用相机进行拍照，得照片；

(三)将照片导入计算机中，由像素坐标得出标尺像素长度，此时，标尺实际长度S1/标尺像素长度S2的缩放比例等于物体实际长度S3/物体像素长度S4的缩放比例，通过转换得出S3＝S1/S2*S4；

(四)水稻叶片主脉为一段平滑曲线，在照片中将其分割为若干段，通过像素坐标计算得到各段的像素长度，再将各曲线段的像素长度之和带入步骤(三)所得转化式中，得叶片主脉实际长度；

(五)取照片中叶脉上的至少三个像素坐标点，通过直线方程通式Ax+By+C＝0得出关于叶脉的直线方程ax+by+c＝0，再于叶片轮廓两侧边缘任取两相对于叶脉对称的像素坐标点，带入公式中，计算可得叶片像素宽度，再将其带入步骤(三)所得的转化式，得叶片实际宽度。