基于图像处理的植物叶片参数测量系统

一 ◆ （
式 中 ： Ｙ 参 照 物在 ｘ和 Ｙ方 向 的 实 际 尺 寸 ； Ｙ 一 别 Ｘ、 一 Ｘ 分 是 参 照 物 在 ｘ和 Ｙ方 向 的 像 素 数 ； 、 Ｙ 一 别 为 ｘ ｙｘ Ｘ 、 Ｘ 簦分 ，、ｙ 方 向 的标 定 系数 。
２ 图像预 处 理
图像 预 处 理 的 目的是 改善 图像 质 量 及视 觉效 果 。以 便 突 出
ｄ ｗＧｒ ｙ ｕ Ｒｅ ＋ ｃ ｒ ｅ ＋ ｃ ｌｅ ａ ＝ ｃ ｄ ｕ Ｇ ｅｎ ｕＢｕ
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本 文 采 用 数 码 相机 采 集 植 物 叶 片 图 像 ． 究 基 于 图 像 分 析 研 的 植物 叶 子 特 征 参 数检 测方 法 ，并 结 合 农 业 科 学 研 究 的 需 要 ， 开 发 了基 于 图 像 分 析 的 叶 子 参 数 测 定 系 统 。 可 以 高 效 、 便 测 方
牛 等：于图 处 植 叶 参 测 统 珂， 基 像 理的 物 片 数 量系
科 技教 育
基于图像处理的植物叶片参数测量系统
牛 珂 １ ， 东健 ’ ２何
（． １西北农 林科技 大学
【 摘
机 械 与 电子工程 学院 ， 西 陕
杨凌
７ ２ ０ ； ． 阳师 范学 院 ， 西 成 阳 ７ ２ ０ ） １ １ ０ ２成 陕 １０ ０
Байду номын сангаас
要 ］ 实现植物叶子参数的快速 、 为 精确测定 ， 究并开发植 物叶子特 征参数的 图像分析软件 系统。综合运 用 研
图像 增 强 、 态 学 处理 及 边 界 跟 踪 等 方 法 对含 有 标 定 物 的 植 物 叶 片 照 片 进 行 图像 顸 处 理 ： 用 边界 跟 踪 得 到 图像 的 形 利 边 界 信 息 ， 用 边界 链 码 法 、 素 法 、 小 外 界 矩 形 （ Ｒ ） 方 法 测 量 叶 片 的 周 长 、 积 和 矩 形度 等 特征 参 数 。 试 结 采 像 最 ＭＥ 等 面 测
重 要 特 征 的 可 观 察 性 ， 计 算 机更 易 观察 或 检 测 。 系 统 图像 预 使 本
处 理 主 要 有 亮 度 和 对 比度调 整 、 度 图 、 衡 化 、 值 化 、 度 直 灰 均 二 灰
方 图、 中值 滤 波 、 滑处 理 、 化处 理 、 缘 处 理 、 态 学 处 理 等 。 平 锐 边 形
带 不 便 。 仅 能测 量 叶 子 面积 。 且
变 量 为 ｕＲ ｄ ｕＧ ｅｎ ｕＢｕ 。 ｃ ｅ ，ｅ ｒｅ ，ｃ ｌｅ 则加 权 平 均法 、 均 值法 、 大 值 平 最 法 分 别 由式 （ ） 算 。程 序 可选 择 该 ３ 算 法 之一 确 定 颜 色 值 。 ４计 种
Ｕ Ｒｅ ｘ ０ ｕ Ｇｒ ｅ × ９ ｕ Ｂ 【 × Ｃ ｄ ３ ＋ ｃ ｅ ｎ ５ ＋ ｃ Ｉｅ １ ｌ １ １０ ０
值 （ 定系数 ） 标 。标 定 系数 可 由式 （）式 （ ） 出 。 １ 一 ３给
Ｘ ＝ ｒ￣ ｘ ｘ
（ ｍ ｐ ｅ ｍ ／ｉ １ ｘ）
（） １
Ｙ ＹＹ 厂
（ ｍ ｐ ｅ ｍ ／ｉ １ ｘ）
（） ２
（） ３
ｘ ［ ）Ｘ ＋ 厂 ］ （ ｍ ｐｘ１ Ｙ （（ ’ 地 ｍ ／ｉｅ ／ ）
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Ｓ ｂｌＰｅ ｉ 、 方 向 的 边 缘 等 还 可 以 实 现 叶 脉 的 提 取 。 ｏ ｅ、ｒ ｔ ８个 ｗｔ 通 过 处 理 ， 叶 脉 呈 白 色显 现 出来 ， 以进 行 叶 脉 参 数 的 测 量 。 使 可
二 值 化 ： 像 二 值 化 的 关 键 是 确 定 灰 度 阈 值 ， 图 像 象 索 图 当 的 灰 度 值 大 于 阈 值 时 。 置 其 为 目标 区 域 ， 设 当灰 度 值 小 于 阈 值 时 。 置 其 背景 区 域 。确 定 阈 值 有 多 种 方 法 ， 文 提 供 了 ２种 实 设 本
许 多 像 素 点 表 示 一 幅 图像 ， 像 素 只表 示 相 对 尺 寸 的 大 小 。 因 但 此 ， 得 到 图 像 的真 实 参 数 值 就 必 须 进 行 尺 寸 的标 定 ， 以 同 要 即
一
个 分 辨 率 上 的一 个 确 定 尺 寸 的 图 像 来 计 算 每 个 像 素 的 大 小
果 表 明 ， 量精 确 度 基 本 满足 植 物 学调 查要 求 。 测
［ 键 词】 子 ； 数测定 ； 关 叶 参 图像 处 理 ； 界 跟 踪 边
叶 子 各 种 形 态 学 参 数 的 测 定 是 植 物 学 研 究 的 主 要 内 容 之
一
灰 度 图 ： 消 除 图 像 噪 声 ， 到 更 好 的 二 值 化 图 像 ， 要 将 为 得 需 图 １ ） 示 的 彩 色 图 像转 化 为 灰 度 图 像 。灰 度 化 的关 键 是 确 定 （所 ａ Ｒ Ｂ颜 色 分 量 的值 。 颜 色分 量 变 量 为 ：ｗ ｒｙ 三 元 色 对 应 的 Ｇ 设 ｄ Ｇａ，
。
也 是 植 物 学 研 究 人 员野 外考 察 时 常 需 完 成 的 测 量 工 作 。现
有 的 叶 子 的 形 态 学 参 数 主 要 由 人 工 利 用 纸 上 绘 制 方 格 的 方 法
测定 ， 种 方法 费时费力且 测量结果 误差 较大 ； 这 已有 的 基 于 扫 描 仪 原 理 开 发 的 叶 面 面 积 测 量 的 硬 件 仪 器 。 格 昂 贵 ， 外 携 价 野
定 植物叶子参数。
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３
ＭＡ （ｃ ｅ ，ｃ ｒｅ ，ｃ ｌｅ Ｘ ｕＲ ｄ ｕＧ ｅｎ ｕＢｕ）
１ 图像 获取 及 尺寸标 定
在 野 外 用 数 码 照 相 机 获 取 叶 子 图 像 时 ， 摄 时 的 物 距 无 法 拍 固定 ， 摄 时应 将 已知 尺 寸 的标 准 参 照 物 和 叶 子 同 时 拍 摄 。 考 拍 虑 到 叶 子 面 积 大 小 不 同 ． 选 用 尺 寸 已 知 、 小 为 １ｒ ４ ｒ 可 大 ０ ｍ～ ０ ｍ ａ ａ 的 标 签 纸 作 为 标 准 参 照 物 。 据 叶 子 大 小 分 别 选 用 。标 签 纸 选 根 用 白色 ， 以便 同 叶 子 的 绿 色 有 较 好 的 对 比度 。 由 于 位 图是 通 过