CN208736374U - 一种便携式植物叶面积测定仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种便携式植物叶面积测定仪，包括水平设置的标定板槽和水平设置的透明展平板，且透明展平板位于标定板槽的上方，标定板槽上设有棋盘标定板，标定板槽上竖向平行间隔设有两个支撑杆，两个支撑杆上均套设有一个可上下移动的第一连接件，透明展平板分别与两个第一连接件固定连接，且透明展平板可随着第一连接件一起沿着支撑杆上下移动，两个支撑杆的上端均垂直设有一个第二连接件，支撑杆的上端还设有采集支架，采集支架分别与两个第二连接件固定连接，采集支架上设有图像采集装置。本实用新型的叶面积测定仪使用简单、性能可靠、测量精度高、成本低，且易携带，非常适合于户外环境下测定叶面积。

Description

一种便携式植物叶面积测定仪

技术领域

本实用新型涉及植物叶面积测量领域，尤其涉及一种便携式植物叶面积测定仪。

背景技术

植物是食物链的生产者，正是因为它们能够通过光合作用利用无机物生产有机物并储存能量，而叶片是植物体进行光合作用的主要器官。叶片面积则是衡量植物光合作用等一些植物机理的一个重要因素，准确测量叶片面积对研究植物生长和了解作物与生长环境之间的相互影响有着重要意义。

随着科技的发展，植物叶面积测量由最初的坐标纸法、系数法、复印称重法、器测法、估计法等传统手段到利用计算机技术检测叶面积，测量精度和可靠性有了较大的提高。利用计算机检测目前主要有计算机图像检测和光谱扫描等方法，S.Malone、左欣等分别提出了一种基于图像处理的叶面积测量方法。该方法测量叶面积精度高，且无破坏性，但是图像的获取操作比较复杂，每一次拍摄图片均须要在等距离检测位置处获取叶片图像，操作困难，测量可靠性差且成本较高。马泽清等提出了利用CI2110冠层分析仪、鱼眼镜头数码照片影像分析方法测量叶片面积，该方法克服了普通成像图像处理测量法存在的弊端，但成本高，操作过程复杂，推广比较困难。冯冬霞等研究了一种高精度便携式光电扫描式叶面积仪，在测量精度方面有较大的提高，但外界因素对精度影响较大。因此，开发一台便携式的使用简单、性能可靠、测量精度高、成本低的植物叶面积测量仪具有重要意义。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种便携式植物叶面积测定仪。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种便携式植物叶面积测定仪，包括水平设置的标定板槽和水平设置的透明展平板，且所述透明展品板位于所述标定板槽的上方，所述标定板槽上设有棋盘标定板，所述标定板槽上竖向平行间隔设有两个支撑杆，两个所述支撑杆上均套设有一个可上下移动的第一连接件，所述透明展平板分别与两个所述第一连接件固定连接，且所述透明展平板可说着所述第一连接件一起沿着所述支撑杆上下移动，两个所述支撑杆的上端均垂直设有一个第二连接件，所述支撑杆的上端还设有采集支架，所述采集支架分别与两个所述第二连接件固定连接，所述采集支架上设有图像采集装置。

本实用新型的有益效果是：为校正图像采集装置的镜头畸变、确定物理尺寸和像素间的换算关系，以及确定空间物体表面某点的三维几何位置与图像中对应点之间的相互关系，需要建立图像采集装置成像的几何模型，因此本实用新型的叶面积仪采用棋盘标定板进行图像标定来校正镜头畸变，同时，在图像采集后，以棋盘标定板上的圆点或方格作为标志点，并通过已知的标定板参数(标定板中圆点或方格的面积)计算叶片面积。通过可上下移动的透明展平板将待检测的植物叶片展平在棋盘标定板上，通过图像采集装置采集棋盘标定板上的待检测的植物叶片和棋盘标定板的图像，其中，图像采集装置采集棋盘标定板上的待检测的植物叶片和棋盘标定板的图像的方法为现有技术，具体不再赘述。透明展平板既可以方便图像采集装置采集植物叶片和棋盘标定板的图像，还可以将植物叶片展平，防止叶片卷曲和变形带来的误差。对植物叶片和棋盘标定板的图像进行图像处理后，获得图像处理后的图像中的黑色像素点和白色像素点，提取棋盘标定板上未被待检测的植物叶片遮挡住的黑色像素点和白色像素点，并计算未被待检测的植物叶片遮挡住的黑色像素点和白色像素点的总和，再通过图像差分处理，获得待检测叶片在棋盘标定板上所占像素点的数量和面积，即为所检测的植物叶片的实际面积。

整个叶面积测定仪使用简单、性能可靠、测量精度高、成本低，且易携带，非常适合于户外环境下测定叶面积，可实现实时实地测量植物叶面积，可广泛用于农业科研领域。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进：

进一步：两个所述支撑杆分别位于所述标定板槽的两侧，且所述标定板槽与两个所述支撑杆的连接处均设有挡板。

上述进一步方案的有益效果是：两个支撑杆可以设置在标定板槽的两侧，也可以设置在标定板槽的同侧，当两个支撑杆可以设置在标定板槽的两侧时，整个测定仪能保持更好的平衡，更能保证测定的准确度；且采用本实用新型的植物叶面积仪进行在叶面积测量时，待检测的植物叶片通过透明展平板展平在标定板上，通过标定板槽和两个支撑杆的连接处的挡板，能避免透明展平板横向晃动，从而保证待检测的植物叶片的测量更精确、更可靠。

进一步：所述标定板槽为框形结构。

上述进一步方案的有益效果是：框形结构的标定板槽更易于与棋盘标定板匹配，且能保证棋盘标定板上获得尽量大的检测区域，适合不同面积大小的植物叶片，适应范围更广。

进一步：所述标定板槽内框的四个角均设有固定片，所述标定板槽通过所述固定片与所述棋盘标定板固定连接。

上述进一步方案的有益效果是：通过在标定板槽内框的四个角设置固定片，以使棋盘标定板能更好地固定在标定板槽内，避免在进行叶面积测量时标定板发生移动，提高检测精度。

进一步：所述棋盘标定板的表面设有钢化膜。

上述进一步方案的有益效果是：当在进行植物叶面积测量时，植物叶片表面难免会有泥土、灰尘等污垢，特别是在进行户外叶面积测量时，通过在棋盘标定板的表面设置钢化膜，钢化膜位于待检测的植物叶片与棋盘标定板之间，可以避免植物叶片上的泥土、灰尘等污垢直接接触棋盘标定板，既可以保护棋盘标定板，又可以方便清洁，延长棋盘标定板的使用寿命。

进一步：所述透明展平板为透明亚克力板。

上述进一步方案的有益效果是：透明亚克力板透光性佳，可以保证图像采集装置采集的待检测的植物叶片和标定板的图像更清晰，提高检测精度，同时，透明克力板自重轻，能增加叶面积仪的便携性，且由于透明亚克力板的抗冲击力是普通玻璃的十六倍，当透明亚力克板在支撑杆上上下移动时，能避免透明亚力克板发生碰撞而受损，提高整个叶面积测定仪的寿命。

进一步：所述图像采集装置为设有USB接口的网络摄像机。

上述进一步方案的有益效果是：通过网络摄像机采集待检测的植物叶片和棋盘标定板的图像，可以将采集到的图像通过无线方式上传到计算机中，方便进行图像处理；而通过网络摄像机的USB接口，既可以通过数据线将采集到的图像上传到计算机中，还可以便于连接便携式充电装置，例如充电宝，增加叶面积测定仪的便携性，非常适合于在户外环境下测量叶面积，实现实时实地测量叶面积。

进一步：所述采集支架上还设有照明装置。

上述进一步方案的有益效果是：当图像采集装置在采集待检测植物的叶片和棋盘标定板的图像时，光线不佳，可通过采集支架上的照明装置进行照明，保证采集到的叶片和棋盘标定板的图像更清晰，提高检测精度。

进一步：所述照明装置为多个，且所述照明装置均匀分布在所述采集支架上。

上述进一步方案的有益效果是：通过均匀分布的多个照明装置，避免采集到的叶片和棋盘标定板的图像出现阴影，保证采集到的叶片和棋盘标定板的图像更清晰，提高检测精度。

进一步：所述照明装置为设有内置电池的LED灯。

上述进一步方案的有益效果是：采用设有内置电池的LED灯，无需连接电源，增加叶面积仪的便携性，能广泛适用于不同的测量环境，特别适合于户外环境下测量叶面积，实现实时实地测量叶面积。

进一步：所述棋盘标定板由浮法玻璃为基底的铝板制成。

上述进一步方案的有益效果是：由于浮法玻璃的厚度均匀性较好，透明度较强，表面光滑，光学性能强，因此采用由浮法玻璃为基底的铝板制成的棋盘标定板非常适合于图像标定，能保证更好的校正图像畸变，提高检测精度。

附图说明

图1为本实用新型的一种便携式植物叶面积测定仪的结构示意图；

图2为本实用新型的一种便携式植物叶面积测定仪的俯视图；

图3为本实用新型的一种便携式植物叶面积测定仪的标定板槽的结构示意图；

图4为本实用新型的一种便携式植物叶面积测定仪的左视图；

图5为本实用新型的一种便携式植物叶面积测定仪的前视图；

图6为本实用新型的一种便携式植物叶面积测定仪的采集支架的结构示意图；

图7为本实用新型的一种便携式植物叶面积测定仪的棋盘标定板和透明展平板的结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

10、标定板槽，101、棋盘标定板，102、支撑杆，103、挡板，104、固定片，20、透明展平板，201、第一连接件，30、采集支架，301、第二连接件，302、图像采集装置，303、照明装置。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

下面结合附图，对本实用新型进行说明。

实施例、如图1-7所示，图1为本实用新型的一种便携式植物叶面积测定仪的结构示意图，图2为本实用新型的一种便携式植物叶面积测定仪的俯视图，图3为本实用新型的一种便携式植物叶面积测定仪的标定板槽的结构示意图，图4为本实用新型的一种便携式植物叶面积测定仪的左视图，图5 为本实用新型的一种便携式植物叶面积测定仪的前视图，图6为本实用新型的一种便携式植物叶面积测定仪的采集支架的结构示意图，图7为本实用新型的一种便携式植物叶面积测定仪的棋盘标定板和透明展平板的结构示意图。

如图1、4、5、6所示，一种便携式植物叶面积测定仪，包括水平设置的标定板槽10和水平设置的透明展平板20，且所述透明展平板20位于所述标定板槽10的上方，所述标定板槽10上设有棋盘标定板101，所述标定板槽10上竖向平行间隔设有两个支撑杆102，两个所述支撑杆102上均套设有一个可上下移动的第一连接件201，所述透明展平板20分别与两个所述第一连接件201固定连接，且所述透明展平板20可随着所述第一连接件201一起沿着所述支撑杆102上下移动，两个所述支撑杆102的上端均垂直设有一个第二连接件301，所述支撑杆102的上端还设有采集支架30，所述采集支架30分别与两个所述第二连接件301固定连接，所述采集支架30上设有图像采集装置302。

本实施例的一种便携式植物叶面积测定仪的工作过程是：

1、通过可上下移动的透明展平板将待检测的植物叶片展平在棋盘标定板上，通过图像采集装置采集棋盘标定板上的待检测的植物叶片和棋盘标定板的图像，并将采集到的植物叶片和棋盘标定板的图像上传到计算机中；

2、对采集到的植物叶片和棋盘标定板的图像进行图像处理，并提取图像处理后的植物叶片和棋盘标定板的图像中未被待检测的植物叶片遮挡住的图像的黑色像素点和白色像素点；

3、计算出未被植物叶片遮挡住的图像中的黑色像素点和白色像素点的数量和，并根据该黑色像素点和白色像素点的数量和以及采集到的植物叶片和棋盘标定板的图像中黑色像素点和白色像素点的总和，计算出待检测的植物叶片所占像素点的数量；

4、根据待检测的植物叶片所占像素点的数量以及棋盘标定板中方格的总面积，计算待检测的植物叶片的面积，具体计算公式为：

其中，P_all为采集到的植物叶片和棋盘标定板的图像中黑色像素点和白色像素点的总和，P_wb为未被叶片遮挡住的像素图像中的黑色像素点和白色像素点的数量和，S_all为棋盘标定板中方格的总面积，S_y为待检测的植物叶片的面积。

本实施例的叶面积测定仪使用简单、性能可靠、测量精度高、成本低，且易携带，非常适合于户外环境下测定叶面积，可实现实时实地测量植物叶面积，可广泛用于农业科研领域。

优选地，如图1、4、5、6所示，两个所述支撑杆102分别位于所述标定板槽10的两侧，且所述标定板槽10与两个所述支撑杆102的连接处均设有挡板103，具体如图3所示。

两个支撑杆可以设置在标定板槽的两侧，也可以设置在标定板槽的同侧，当两个支撑杆可以设置在标定板槽的两侧时，整个测定仪能保持更好的平衡，更能保证测定的准确度；且采用本实施例的植物叶面积仪进行在叶面积测量时，待检测的植物叶片通过透明展平板展平在标定板上，通过标定板槽和两个支撑杆的连接处的挡板，能避免透明展平板横向晃动，从而保证待检测的植物叶片的测量更精确、更可靠。

优选地，如图3所示，所述标定板槽10为框形结构。

框形结构的标定板槽更易于与棋盘标定板匹配，且能保证棋盘标定板上获得尽量大的检测区域，适合不同面积大小的植物叶片，适应范围更广。

优选地，如图3所示，所述标定板槽10内框的四个角均设有固定片104，所述标定板槽10通过所述固定片104与所述棋盘标定板101固定连接。

通过在标定板槽内框的四个角设置固定片，以使棋盘标定板能更好地固定在标定板槽内，避免在进行叶面积测量时标定板发生移动，提高检测精度。

优选地，所述棋盘标定板101为矩形结构，并通过酸性玻璃胶粘接在所述固定片104上，以使所述标定板槽10通过所述固定片104与所述棋盘标定板101固定连接。

矩形结构的棋盘标定板和框形结构的标定板槽，分别通过四个角的固定片粘接，并通过酸性玻璃胶进行粘接，粘接牢固，保证叶面积精确测量的同时，还方便拆卸和清洁，成本低，普适性高。

优选地，所述棋盘标定板101的表面设有钢化膜。

当在进行植物叶面积测量时，植物叶片表面难免会有泥土、灰尘等污垢，特别是在进行户外叶面积测量时，通过在棋盘标定板的表面设置钢化膜，钢化膜位于待检测的植物叶片与棋盘标定板之间，可以避免植物叶片上的泥土、灰尘等污垢直接接触棋盘标定板，既可以保护棋盘标定板，又可以方便清洁，延长棋盘标定板的使用寿命。

优选地，如图7所示，所述透明展平板20为透明亚克力板。

透明亚克力板透光性佳，可以保证图像采集装置采集的待检测的植物叶片和标定板的图像更清晰，提高检测精度，同时，透明克力板自重轻，能增加叶面积仪的便携性，且由于透明亚克力板的抗冲击力是普通玻璃的十六倍，当透明亚力克板在支撑杆上上下移动时，能避免透明亚力克板发生碰撞而受损，提高整个叶面积测定仪的寿命。

优选地，如图1、2、6所示，所述图像采集装置302为设有USB接口的网络摄像机。

通过网络摄像机采集待检测的植物叶片和棋盘标定板的图像，可以将采集到的图像通过无线方式上传到计算机中，方便进行图像处理；而通过网络摄像机的USB接口，既可以通过数据线将采集到的图像上传到计算机中，还可以便于连接便携式充电装置，例如充电宝，增加叶面积测定仪的便携性，非常适合于在户外环境下测量叶面积，实现实时实地测量叶面积。

本实施例的网络摄像机采用海康威视的网络摄像机DS-2CD2410FD-IW，该网络摄像机采用高效红外灯，使用寿命长，红外照射距离可达10米，支持wifi功能，可上传采集到的图像，同时还支持Micro SD卡等本地存储，可存储采集到的图像，并可实现日夜模式自动切换，支持背光补偿，适应不同的监控环境，重量为300g，功耗为4W，易于携带，适合不同环境下的监控，因此非常适合于本实用新型的图像采集装置。

优选地，如图1、2、6所示，所述采集支架30上还设有照明装置303。

当图像采集装置在采集待检测植物的叶片和棋盘标定板的图像时，光线不佳，可通过采集支架上的照明装置进行照明，保证采集到的叶片和棋盘标定板的图像更清晰，提高检测精度。

优选地，如图1、2、6所示，所述照明装置303为设有内置电池的LED 灯。

采用设有内置电池的LED灯，无需连接电源，增加叶面积仪的便携性，能广泛适用于不同的测量环境，特别适合于户外环境下测量叶面积，实现实时实地测量叶面积。本实施例设有内置电池的LED灯采用毕亚兹(BIAZE)的 LED补光灯BG2，材质为PC材料，尺寸小，厚度17mm，重量12g，照明范围为145°，内置150mAh的电池，补光效果好，非常适合于本实用新型的照明装置。

优选地，如图1、2、6所示，所述采集支架30为菱形结构，所述照明装置303为四个，且所述照明装置303均匀分布在所述采集支架30上。

菱形结构的采集支架，可以较好地固定图像采集装置，也便于拆卸，方便后期调试和更换图像采集装置，而通过均匀分布的四个照明装置，避免采集到的叶片和棋盘标定板的图像出现阴影，保证采集到的叶片和棋盘标定板的图像更清晰，提高检测精度。

优选地，所述棋盘标定板101由浮法玻璃为基底的铝板制成。

由于浮法玻璃的厚度均匀性较好，透明度较强，表面光滑，光学性能强，因此采用由浮法玻璃为基底的铝板制成的棋盘标定板非常适合于图像标定，能保证更好的校正图像畸变，提高检测精度。

优选地，如图7所示，所述棋盘标定板101为方格棋盘标定板。

本实施例采用方格棋盘标定板，更易于计算像素图像中的黑色像素点和白色像素点的数量和，便于计算待检测的植物的叶面积，提高检测精度。同时，本实用新型采用多种不同规格的方格棋盘标定板，可以适合于不同类型的植物叶面积的测量，适用范围广泛。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种便携式植物叶面积测定仪，其特征在于，包括水平设置的标定板槽(10)和水平设置的透明展平板(20)，且所述透明展平板(20)位于所述标定板槽(10)的上方，所述标定板槽(10)上设有棋盘标定板(101)，所述标定板槽(10)上竖向平行间隔设有两个支撑杆(102)，两个所述支撑杆(102)上均套设有一个可上下移动的第一连接件(201)，所述透明展平板(20)分别与两个所述第一连接件(201)固定连接，且所述透明展平板(20)可随着所述第一连接件(201)一起沿着所述支撑杆(102)上下移动，两个所述支撑杆(102)的上端均垂直设有一个第二连接件(301)，所述支撑杆(102)的上端还设有采集支架(30)，所述采集支架(30)分别与两个所述第二连接件(301)固定连接，所述采集支架(30)上设有图像采集装置(302)。

2.根据权利要求1所述的一种便携式植物叶面积测定仪，其特征在于，两个所述支撑杆(102)分别位于所述标定板槽(10)的两侧，且所述标定板槽(10)与两个所述支撑杆(102)的连接处均设有挡板(103)。

3.根据权利要求1或2所述的一种便携式植物叶面积测定仪，其特征在于，所述标定板槽(10)为框形结构。

4.根据权利要求3所述的一种便携式植物叶面积测定仪，其特征在于，所述标定板槽(10)内框的四个角均设有固定片(104)，所述标定板槽(10)通过所述固定片(104)与所述棋盘标定板(101)固定连接。

5.根据权利要求1所述的一种便携式植物叶面积测定仪，其特征在于，所述棋盘标定板(101)的表面设有钢化膜。

6.根据权利要求1所述的一种便携式植物叶面积测定仪，其特征在于，所述透明展平板(20)为透明亚克力板。

7.根据权利要求1所述的一种便携式植物叶面积测定仪，其特征在于，所述图像采集装置(302)为设有USB接口的网络摄像机。

8.根据权利要求1所述的一种便携式植物叶面积测定仪，其特征在于，所述采集支架(30)上还设有照明装置(303)。

9.根据权利要求8所述的一种便携式植物叶面积测定仪，其特征在于，所述照明装置(303)为设有内置电池的LED灯。

10.根据权利要求1所述的一种便携式植物叶面积测定仪，其特征在于，所述棋盘标定板(101)由浮法玻璃为基底的铝板制成。