CN203274699U - 一种测量作物叶面积的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种测量作物叶面积的系统，包括：白板，放置作物叶片；支架；图像采集部件，通过支架固定在白板上方，采集白板上叶片的图像信息；图像识别单元，识别图像信息并计算叶片在白板上的覆盖率；中央控制单元接收覆盖率并计算覆盖在白板上的作物叶面积。通过图像采集部件采集固定面积的白板上覆盖叶片的图像，根据白板和叶片色彩差异，识别并统计叶片像元，从而计算叶片在白板上的覆盖率。然后乘以由所述图像采集部件参数以及其与白板的垂直距离所确定的视场面积即可得到覆盖在白板上的作物叶面积，从而实现室外条件下简单、快速、精确地测量出样品叶片面积。

Description

一种测量作物叶面积的系统

技术领域

本实用新型涉及作物参数测量领域，特别涉及一种测量作物叶面积的系统。

背景技术

植被叶面积指数是指单位土地面积上植物叶片总表面积的一半，即样方植物叶片总表面积的一半与样方土地面积的比值。作物叶面积指数是指单位土地面积上作物叶片总表面积的一半。作物叶面积指数是描述土壤-作物-大气连续系统物质、能量交换传输的关键参数，对于农田生态过程研究、作物长势评价、作物早期估产、作物参数遥感反演验证等有重要意义，而获取真实叶面积指数需要测量单位土地面积上的作物叶片面积。

目前测量叶面积的方法有直接法和间接法。

直接法是通过对叶片长度、宽度、面积以及重量直接测量或分析得到叶面积，包括手工测量法、重量法、叶片扫描法、叶片拍摄法。虽然，扫描法或拍摄法可以获得比较准确的叶面积，但基于扫描和拍摄的叶面积测量仪器主要是在室内条件下操作。

目前，间接法包括关系法，探针接触法、Beer-Lambert定律法。关系法是利用植物的胸径、树高、边材面积、冠幅等容易测量的参数与叶面积或叶面积指数的相关关系建立经验公式来计算叶面积。点接触法是用细探针以不同的高度角和方位角刺入冠层，然后记录细探针从冠层顶部到达底部的过程中针尖所接触的叶片数目，用经验公式计算叶面积。Beer-Lambert定律法把冠层看作一种混浊介质，假设叶片随机均匀分布，然后通过该定律推算叶面积；间接法仪器虽然便于野外携带，测量快速，但测量误差较大。

如何提供一种精度较高且易于野外操作的作物叶面积测量装置，是一个亟待解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种测量作物叶面积的系统，在野外环境和条件下，通过图像采集部件采集样品叶片图像，然后通过叶片与背景白板的差异进行图像处理，获取固定视场范围内叶片覆盖率，进而计算得到叶面积。

本实用新型提供一种测量作物叶面积的系统，包括：白板，用于放置选取的至少一片作物叶片；支架；图像采集部件，通过所述支架固定在所述白板的上方，用于采集所述白板上的作物叶片的图像信息；图像识别单元，与所述图像采集部件相连接，用于识别所述图像采集部件传输的图像信息，并根据所识别的图像计算出叶片在白板上的覆盖率；中央控制单元，与所述图像识别单元相连接，用于接收所述图像识别单元传输的覆盖率，并根据所述图像采集部件参数、图像采集部件与白板的相对位置所确定的视场范围面积值，计算覆盖在白板上的作物叶面积。

通过图像采集部件采集固定面积的白板上覆盖叶片的图像，根据白板和叶片色彩差异，识别并统计叶片像元，从而计算叶片在白板上的覆盖率。然后乘以由所述图像采集部件参数以及其与白板的相对位置所确定的视场面积即可得到覆盖在白板上的作物叶面积，从而实现室外条件下简单、快速、精确地测量出样品叶片面积。

其中，还包括与所述中央控制单元相连接的存储单元。

通过存储单元可以预先存储由所述图像采集部件参数以及其与白板的相对位置所确定的视场面积，可以更快地得到覆盖在白板上的作物叶面积，并可将每次野外勘测叶片面积的数据进行存储，以便后续的计算及研究。

其中，还包括与所述中央控制单元相连接的显示单元。

提供给使用者更加友好的介面。

其中，所述支架为四角支架。

使用四角支架，可以更加稳固地固定图像采集部件，并保持图像采集部件每次安装的位置不变，与白板的相对观测俯角保持90度。

其中，所述四角支架可拆卸安装于所述矩形白板四角支点上。

通过安装或拆卸四角支架，可以方便野外安装图像采集部件，以及便于该系统部件的野外携带。

其中，所述图像识别单元为SPCA563B芯片。

提高图像识别单元的性能。

其中，图像采集部件其中心点垂直投影在白板中心设置。

通过将图像采集部件的中心点垂直投影在白板中心，从而便于确定图像采集部件所覆盖的视场范围，便于叶片的摆放，从而更加快速地测量出样品叶片面积。

其中，图像采集部件相对于白板的观测俯角为90度设置。

通过将图像采集部件相对于白板的观测俯角设置为90度，使所采集白板上的叶片图像具有统一的图像畸变，便于使用统一的参数进行校正，从而可以提高系统的测量精度。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种测量作物叶面积的系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本实用新型实施例进行详细描述。参见图1，本实用新型实施例提供一种测量作物叶面积的系统，包括：图像采集部件1，四脚支架2，白板3，电源4，中央控制单元5、分别与中央控制单元5相连接的存储单元6、显示单元7和图像识别单元8，图像采集部件1包括光学镜头和与光学镜头相连接的图像传感器。

在野外条件下，将所选取的作物叶片覆盖在白板3上，白板3可为方形或长方形，白板3由反射光均匀的材质材料制成。可随机选取作物叶片数目。

图像采集部件1使用四脚支架2固定在白板3上方，图像采集部件的光学镜头朝向白板设置，与白板的相对观测俯角保持90度，图像采集部件的中心点垂直投影在白板中心。白板3的四角位置上设置有用于固定四脚支架2的结点，例如，可在白板3的四角位置处和支架支点处设置卡扣结构。支架四脚的顶点可通过连接件进行连接，在该连接件上还设置有连接固定云台的连接支架，图像采集部件1可通过固定云台固定在四脚支架2中间位置处，图像采集部件1的光学镜头朝向白板设置。

为了简化计算，通常将图像采集部件1设置在四脚支架2的固定结构中的某个固定高度处，由于图像采集部件1的参数和固定高度可以确定图像采集部件1所能采集的白板3的范围区域(也称为视场范围)，即通过图像采集部件1中的内方位元素和镜头畸变参数以及与白板3的垂直距离，可确定视场范围的面积值。

在确定的视场范围内，将所选取的作物叶片覆盖在此视场范围内，为提高计算的精确度，覆盖在此视场范围的作物叶片之间不能重叠，即，作物叶片不能重叠在一起，也不能相互有重叠的区域。通过支架固定的图像采集部件1采集该范围区域上的图像信息。当图像采集部件1设置高度固定时，图像采集部件1的视场范围大小固定并小于白板面积。

图像识别单元8与图像采集部件1电连接，根据白板3和叶片色彩差异，识别并统计叶片像元，计算出叶片在白板上的覆盖率，并将所计算出的覆盖率传输给中央控制单元5，图像识别单元可采用SPCA563B芯片。

另外，为了提高图像识别单元8的识别效果，可采用遮光布，减少强光影响，提高叶片和白板的对比度。

中央控制单元5通过将图像识别单元8所传输的覆盖率乘以存储单元6中所存储的视场范围的面积值，得出叶面积值。

中央控制单元5将图像识别单元8所接收的图像信息以及所计算出的叶面积值传输给存储单元和显示单元，用于存储计算结果并显示。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，基于本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种测量作物叶面积的系统，其特征在于，包括： 

白板，用于放置选取的至少一片作物叶片； 

支架； 

图像采集部件，通过所述支架固定在所述白板的上方，用于采集所述白板上的作物叶片的图像信息； 

图像识别单元，与所述图像采集部件相连接，用于识别所述图像采集部件传输的白板图像信息和作物叶片的图像信息； 

中央控制单元，与所述图像识别单元相连接，用于测量作物叶片的叶面积。 

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括与所述中央控制单元相连接的存储单元。 

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括与所述中央控制单元相连接的显示单元。 

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于， 

所述支架为四角支架。 

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述四角支架可拆卸安装于所述白板上。 

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述图像识别单元为SPCA563B芯片。 

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，图像采集部件相对于白板的观测俯角为90度设置。 

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