[发明专利]一种基于手持设备的植物叶片含氮量测量方法和装置

权利要求书

1.一种基于手持设备的植物叶片含氮量测量方法，其特征在于，按照如下步骤进行：

（1）选择拍摄背景与标定色块组：选择一块与被测植物叶片颜色相区别的且绿色分量为零的纯色不透明平板作为背景板（1）；在背景板（1）上固定一个标定色块组（2），标定色块组（2）由多个不同颜色的纯色色块构成；标定色块组（2）各色块的颜色不同于背景板（1）和被测植物叶片（3），且标定色块组（2）各色块的颜色特征信息已知；

（2）植物叶片图像的采集：将被测植物叶片（3）放在背景板（1）正面，且与标定色块组的位置临近；通过运行安装在手持设备（4）中的植物叶片含氮量测量软件调用摄像头进行拍摄，采集在背景板（1）区域内包含被测植物叶片（3）和标定色块组（2）在内的完整的图像，并将图像保存在手持设备（4）的存储卡中；

（3）植物叶片图像特征信息的提取：在手持设备（4）中通过植物叶片含氮量测量软件的数字图像处理程序提取植物叶片（3）区域的颜色特征信息；具体包括以下步骤：通过图像滤波、图像色彩校正、图像裁剪和图像分割，将植物叶片（3）区域从背景中分割；通过遍历被测植物叶片（3）区域，统计植物叶片（3）区域的颜色特征信息；

所述图像滤波采用线性滤波法，线性滤波的算法如下：

①分别于每一个通道下，从左到右，从上到下顺序遍历图像的每一个像素(x, y)；

②把模板算子的中心与该像素(x, y)重叠，把该像素与模板进行卷积运算，把运算的结果作为输出图像在该通道下对应像素的灰度值；

③如果所有像素都处理完毕，则算法结束，否则转向①；

所述图像色彩校正采用基于标定色块组的图像色彩校正方法，基于标定色块组的图像色彩校正方法的算法如下：

①通过阈值分割图像中的标定色块组中的灰度色块，遍历灰度色块区域，分别统计R通道的均值、G通道的均值和B通道的均值；

②求出、和的均值，并分别求出RGB三通道的灰度校正系数、和；

③分别通过阈值分割方法，分割图像中标定色块组中的标准红色色块、标准绿色色块和标准蓝色色块，并分别统计标准红色色块R通道均值、标准绿色色块G通道均值和标准蓝色色块B通道均值，求出RGB三通道的颜色校正系数r，g和b；

④用灰度校正系数、、和颜色校正系数r，g、b分别对图像的R通道像素点、G通道像素点和B通道像素点进行校正；校正完成后重新整合成RGB图像；

所述图像裁剪，是通过阈值分割法，分割标定色块组中黑色色块，遍历黑色色块区域，并根据黑色色块区域在图像中的位置特征，将图像中标定色块组以上的区域裁剪掉；

所述图像分割是采用特征阈值分割法进行，本方法采用特征阈值分割法的算法如下：

①根据背景色的颜色特征与植物叶片区域的颜色特征选择特征阈值T；

②根据分割阈值T对图像进行二值化，得到图像分割的掩膜：

③利用掩膜对图像进行按位与操作，对图像R通道像素点、G通道像素点和B通道像素点进行与操作，得到目标区域；

；

（4）植物叶片含氮量的计算：在植物叶片含氮量测量软件中根据已经建立并存储于手持设备中的植物叶片（3）含氮量与经过滤波降噪、基于标定色块组的多色校正后提取的植物叶片（3）颜色特征信息之间的数学模型计算植物叶片（3）含氮量；

（5）测量结果显示：在植物叶片含氮量测量软件界面中显示测量结果；

所述的植物叶片是所有种类的植物叶片。

2.一种用于实现权利要求1所述的一种基于手持设备的植物叶片含氮量测量方法的装置，其特征在于：包括一个手持设备（4）、一块背景板（1）和一个标定色块组（2）；拍照时手持设备（4）位于背景板（1）的正上方；手持设备（4）具有拍照、存储、图像处理、统计分析、人机交互和显示功能；

所述背景板（1）为一个绿色分量为零的纯色不透明平板，其正面的颜色区别于被测植物叶片（3）颜色和标定色块组（2）各色块的颜色；标定色块组（2）固定在背景板（1）的正面；

所述标定色块组（2）由多个不同颜色的纯色色块构成；标定色块组（2）各色块的颜色不同于背景板（1）和被测植物叶片（3），且标定色块组（2）各色块的颜色特征信息已知；

所述的手持设备（4）安装有植物叶片含氮量测量软件，所述的软件包括交互界面模块和算法实现程序模块；交互界面模块包括主界面子模块、软件简介界面子模块、系统相机调用界面子模块、存储器文件选择界子面模块和植物叶片含氮量计算界面子模块；所述的算法实现程序模块包括获取图像子模块、拍摄图像子模块、选取本地图像子模块、装载图像子模块、图像平滑子模块、图像色彩信息校正子模块、图像裁剪子模块、图像分割子模块、颜色特征提取子模块和计算含氮量子模块；

所述的交互界面上有5个按钮组件、一个图像显示组件和几个文本显示组件；所述的5个按钮组件分别是拍摄图像组件、加载图像组件、图像处理组件、查看结果组件和开始新的测量组件；所述的交互界面上给出关键操作提示；所述的植物叶片含氮量计算界面子模块给出了叶片区域的R均值、G均值、B均值和叶片的含氮量值；

所述的基于手持设备的植物叶片含氮量测量方法的装置的测量精度为0.01％。