CN108120402A

CN108120402A - 一种基于Photoshop软件测定植物叶面积的方法

Info

Publication number: CN108120402A
Application number: CN201711444413.9A
Authority: CN
Inventors: 庞世龙; 欧芷阳; 郝海坤; 申文辉; 侯远瑞; 莫汉宁; 黄宝珍; 凌福诚
Original assignee: Guangxi Zhuang Autonomous Region Forestry Research Institute
Current assignee: Guangxi Zhuang Autonomous Region Forestry Research Institute
Priority date: 2017-12-27
Filing date: 2017-12-27
Publication date: 2018-06-05

Abstract

本发明公开了一种基于Photoshop软件测定植物叶面积的方法，包括使用扫描仪采集叶片图像，使用Photoshop图像处理软件测定植物叶面积。本发明使用扫描仪采集叶片图像，不受外界环境的影响，图像清晰，1:1还原，无形变。使用Photoshop图像处理软件测定植物叶片面积，过程不需人工记录数据、计算测量结果，程序根据设置的测量比例自动测量。方法简单、快捷，信息量大，测量数据包含叶面积、周长、高度和宽度等4项指标信息，不受叶片形状、大小、颜色、厚薄和外界的影响，测定结果准确，具有严密的科学性，成本低廉，广泛适用于各类植物叶面积的测定，应用前景广阔。

Description

一种基于Photoshop软件测定植物叶面积的方法

技术领域

本发明属于植物生理生态学研究领域，涉及一种基于Photoshop软件测定植物叶面积的方法。

背景技术

叶片是植物与外界环境进行物质与能量交换的主要器官，在陆地植物生态系统功能中起至关重要的作用。叶性状是叶片响应环境变化所形成的内在生理及外在形态方面的适应对策，是植物的重要特性之一，深刻影响着生态系统的生产力水平、能量流动和物质循环，具有重要的生态学和生物进化意义。叶性状分为功能型性状和结构型性状两大类。功能型性状体现叶片的生长代谢指标，随时间和空间的变异相对较大，难以深入解释植物在长期进化过程中的适应机理。结构型性状指叶片的生物化学结构特征，主要包括叶面积、比叶面积（叶面积/叶干重）和叶干物质含量（叶干重/叶鲜重）等，在特定的环境下保持相对稳定，能够综合反映植物利用资源的能力和对环境的适应对策，被广泛应用于不同尺度叶性状研究中。

准确、快捷、经济地测定植物叶面积是开展植物叶性状研究的前提。常见的叶面积测定方法主要有方格法、剪纸法、打孔法、系数法和干重法等，这些方法操作程序、设备简单，但过程繁锁、费时费力、精确度低，不利于推广使用。叶面积仪是目前植物生理生态学研究中常用的仪器，操作简单、快速，但测定结果容易受到叶片扫描速度的影响，稳定性差，仪器多为进口，价格昂贵，维修不便，且可测量面积偏小，限制了其推广普及。

近年来，随着数码产品的普及和图像处理技术的进步，应用数字图像技术测定植物叶面积已有相关文献报道。钟健等，一种利用Photoshop精准测量不规则物体平面面积的方法，专利申请号201410795163.3；于海业等，植物叶片面积及叶片表面病斑面积的测量方法，专利申请号201310108494.0；肖强等，利用数码相机和Photoshop软件非破坏性测定叶面积的简便方法[J].生态学杂志，2005，24（6）：711~714。这些方法基于数码相机采集带有标尺、坐标纸或已知边长的白纸板作背景的图片，然后根据像素比等于面积比，计算植物叶面积。所述方法在测定过程中需人工记录数据、计算测量结果，较为繁锁，效率低下。亟待探索一种新的基于图像处理技术的叶面积测定方法。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种基于Photoshop软件测定植物叶面积的方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种基于Photoshop软件测量叶面积的方法，包括叶片采集、图像采集、建立选区、设置测量比例和测量记录工序，其具体操作步骤如下：

（1）叶片采集：选择长势良好的植株，在树冠中部东西南北4个方向随机采摘无病虫害、无明显缺陷的成熟叶片各5片，装入自封袋，放入保温箱中低温保鲜带回实验室备用；

（2）图像采集：打开扫描仪稿台盖板，将叶片正面朝下、叶尖朝向标尺，平整放置于稿台玻璃上，各叶片间距>1cm，关闭盖板；启动扫描仪，在扫描参数设置对话框中进行相关设置，如输出类型彩色或灰度、分辨率300dpi、扫描尺寸整个扫描区域、图像格式JPEG、文件保存路径及文件名，单击“扫描”按钮，扫描完成后，图像文件自动保存到指定文件夹中；

（3）建立选区：双击桌面Adobe Photoshop图像处理软件快捷图标，启动应用程序，执行“文件/打开”命令，弹出打开对话框，选择叶片图像文件，单击“打开”按钮；使用“标尺工具”，在叶片主脉顶端按住鼠标左键并拖动至主脉基部中心，绘制标尺线，单击选项栏中的“拉直”按钮，修正倾斜的图像；使用“快速选择工具”，在选项栏中设置合适画笔并勾选自动增强，在叶片上单击并拖动鼠标，即可快速建立选区，按键盘中的Ctrl++键放大图像显示比例，修正选区，按住Alt键在多选区内点击，从选区中减去，松开Alt键在漏选区内点击，添加到选区；

（4）设置测量比例：图像扫描分辨率为300像素/英寸，1英寸=2.54厘米；执行“分析/设置测量比例/自定”命令，弹出测量比例对话框，在像素长度文本框中输入300，逻辑长度文本框中输入2.54，逻辑单位文本框中输入厘米，单击“确定”按钮；

（5）测量记录：执行“窗口/测量记录”命令，弹出测量记录调板，单击调板中的“记录测量”按钮，测量选区面积、周长、高度和宽度的数据记录在测量调板中；单击“导出所选测量”按钮，弹出存储对话框，选择文件保存路径和输入文件名，单击“保存”按钮，测量数据将导出到指定电子表格文件中，以便分析之用。

进一步地，以上步骤（1）所述保温箱为市售保温冷藏箱，箱内配置有可重复使用的冰袋。

进一步地，以上步骤（2）所述扫描仪为市售平板式扫描仪或数码多功能一体机，最大幅面A3。

进一步地，以上步骤（3）所述Adobe Photoshop图像处理软件为Photoshop CS5以上版本。

与现有技术相比，本发明的优点和有益效果在于：

1、本发明使用扫描仪采集叶片图像，无需标尺、坐标纸或已知边长的白纸板作背景，叶片放置于稿台玻璃上，盖板压平，叶片完全伸展，扫描图像清晰，1:1还原，无形变，叶片与背景色彩对比强烈，利于快速选择工具智能查找叶片边缘，建立选区，具有良好的稳定性和可靠性。使用数码相机采集图像受镜头畸变、成像焦距、拍摄角度、外界光线以及摄影技术的影响，图像易变形、失真，对测定结果造成较大误差。

2、本发明使用Photoshop图像处理软件测定植物叶面积，过程不需人工记录数据、计算测量结果，程序根据设置的测量比例自动测量，测量数据记录在测量调板中，亦可将测量数据导出到电子表格文件中，以便分析之用。方法简单、快捷，信息量大，测量数据包含叶面积、周长、高度和宽度等4项指标信息，不受叶片形状、大小、颜色、厚薄和外界的影响，测定结果准确，具有严密的科学性；而其他方法使用Photoshop软件进行测定仅提供叶面积单一指标信息。

3、本发明建立在计算机图像处理技术基础之上，成本低廉，广泛适用于各类植物叶面积的测定，应用前景广阔。

附图说明

图1：建立选区展示图；

图2：设置测量比例展示图；

图3：测量记录展示图。

具体实施方式

下面以实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1：

2017年12月20日在广西壮族自治区林业科学研究院办公区庭院景观绿化带选择长势良好的辐叶鹅掌柴（Schefflera microphylla），在树冠中部向阳处随机采摘1片无病虫害、无明显缺陷的成熟叶片，迅速带回实验室备用。

打开扫描仪稿台盖板，将叶片正面朝下、叶尖朝向标尺，平整放置于稿台玻璃上，各叶片间距>1cm，关闭盖板；启动扫描仪，在扫描参数设置对话框中进行相关设置，如输出类型彩色或灰度、分辨率300dpi、扫描尺寸整个扫描区域、图像格式JPEG、文件保存路径及文件名，单击“扫描”按钮，扫描完成后，图像文件自动保存到指定文件夹中。

双击桌面Adobe Photoshop图像处理软件快捷图标，启动应用程序，执行“文件/打开”命令，弹出打开对话框，选择叶片图像文件，单击“打开”按钮；使用“标尺工具”，在叶片主脉顶端按住鼠标左键并拖动至主脉基部中心，绘制标尺线，单击选项栏中的“拉直”按钮，修正倾斜的图像；使用“快速选择工具”，在选项栏中设置合适画笔并勾选自动增强，在叶片上单击并拖动鼠标，即可快速建立选区，按键盘中的Ctrl++键放大图像显示比例，修正选区，按住Alt键在多选区内点击，从选区中减去，松开Alt键在漏选区内点击，添加到选区。

执行“分析/设置测量比例/自定”命令，弹出测量比例对话框，在像素长度文本框中输入300，逻辑长度文本框中输入2.54，逻辑单位文本框中输入厘米，单击“确定”按钮。

执行“窗口/测量记录”命令，弹出测量记录调板，单击调板中的“记录测量”按钮，测量选区面积、周长、高度和宽度的数据记录在测量调板中；单击“导出所选测量”按钮，弹出存储对话框，选择文件保存路径和输入文件名，单击“保存”按钮，测量数据将导出到指定电子表格文件中，以便分析之用。

测定结果：叶面积201.48cm²、周长59.15cm、高度23.16cm、宽度12.14cm。

对照例1：

参照钟健，白兴荣，江秀均等，一种利用Photoshop精准测量不规则物体平面面积的方法，专利申请号201410795163.3。

2017年12月20日采用实施例1同一样品进行测量叶面积。

1、将待测叶片用书压平，拍照。

选用干净的A4纸做背景，标尺紧贴叶片放置，用平铺俯拍架固定索尼A6000（E50mm）微单相机，垂直俯拍叶片。

2、拍照完成，将叶片图像文件导入电脑中。

2.1校正图片。

在标尺边缘新建一水平参考线，执行“编辑/自由变换”命令，使标尺与参考线平行。

2.2计算软件显示数据与实际长度的比例关系。

使用“度量工具”，测量叶片图像上“标尺”1cm的距离，按住鼠标左键同时按住Shift键，在相邻两刻度线间拖动，创建一直线，选项栏显示起点与终点的距离为122.00像素，即1cm=122.00像素。

2.3计算软件显示像素与实际面积的比例关系

因为1cm=122.00像素，所以1cm²=122.00×122.00=14884.00像素。

2.4测量面积

使用“套索工具”，在选项栏中勾选消除锯齿，勾划叶片轮廓，建立选区，按键盘中的Ctrl++键放大图像显示比例，修正选区，按住Shift键，添加到选区，按住Alt键从选区减去；执行“窗口/直方图”命令，弹出直方图面板，单击不使用高速缓存的刷新按钮，记录直方图像素总数：3129687.00。

根据像素比等于面积比，计算植物叶面积。

植物叶面积=（3129687.00/14884.00）×1=210.27cm²。

对照例2：

参照于海业，周丽娜，张蕾等，植物叶片面积及叶片表面病斑面积的测量方法，专利申请号201310108494.0。

2017年12月20日采用实施例1同一样品进行测量叶面积。

1、利用数码相机采集叶片图像。

⑴将尺寸为210mm×297mm的A4白纸放置于水平光滑的地板上；

⑵将叶片放置于A4白纸上；

⑶用平铺俯拍架固定索尼A6000（E 50mm）微单相机，垂直俯拍包含完整A4纸的叶片图像；

⑷将拍摄好的叶片图像文件导入计算机中。

2、采用Photoshop软件处理图像。

⑴启动Photoshop应用程序，执行“文件/打开”命令，弹出打开对话框，选择叶片图像文件，单击“打开”按钮。

⑵建立叶片选区并记录直方图的像素总数。

使用“魔棒工具”，在选项栏中设置合适容差并勾选消除锯齿和连续，在叶片上单击创建选区，按键盘中的Ctrl++键放大图像显示比例，修正选区，按住Shift键，添加到选区，按住Alt键从选区减去；执行“窗口/直方图”命令，弹出直方图面板，单击不使用高速缓存的刷新按钮，记录直方图像素总数：3129687.00。

⑶建立A4纸选区并记录直方图的像素总数。

使用“多边形套索工具”，在选项栏中勾选消除锯齿，沿A4纸边缘单击鼠标左键框选建立选区；执行“窗口/直方图”命令，弹出直方图面板，单击不使用高速缓存的刷新按钮，记录直方图像素总数：9310851.00。

3、计算植物叶面积。

根据像素比等于面积比，计算植物叶面积。

植物叶面积=（3129687.00/9310851.00）×（21.0×29.7）=209.65cm²。

从上述实施例、对照例1和对照例2的测定结果可知：本发明测定结果包含叶面积、周长、高度和宽度等4项指标信息，而同一样品采用已有技术（一种利用Photoshop精准测量不规则物体平面面积的方法，专利申请号201410795163.3；植物叶片面积及叶片表面病斑面积的测量方法，专利申请号201310108494.0。）仅提供叶面积单一指标信息，且测定结果偏大，这是由于其使用数码相机采集叶片图像，因受镜头畸变、成像焦距、拍摄角度、外界光线以及摄影技术的影响，图像变形、失真，对测定结果造成较大误差。

Claims

1.一种基于Photoshop软件测量叶面积的方法，其特征在于：包括叶片采集、图像采集、建立选区、设置测量比例和测量记录工序，其具体操作步骤如下：

2.根据权利要求1所述的一种基于Photoshop软件测量叶面积的方法，其特征在于：所述的步骤（1）所述保温箱为市售保温冷藏箱，箱内配置有可重复使用的冰袋。

3.根据权利要求1所述的一种基于Photoshop软件测量叶面积的方法，其特征在于：步骤（2）所述扫描仪为市售平板式扫描仪或数码多功能一体机，最大幅面A3。

4.根据权利要求1所述的一种基于Photoshop软件测量叶面积的方法，其特征在于：步骤（3）所述Adobe Photoshop图像处理软件为Photoshop CS5以上版本。