[发明专利]基于多元正态分布统计和水平集变分法的叶面积自动测量系统

说明书

本发明专利涉及植物叶面积测量领域，提供基于多元正态分布统计和水平集变分法的叶面积自动测量系统，该系统由图像采集系统和图像处理系统组成。图像采集系统主要负责图像采集功能，由带黑色边框的白色矩形背景板、软质透明塑料盖板、夹子和图像采集设备构成。图像处理系统由电脑及相应图像处理软件实现，主要完成图像分割及叶面积计算功能，图像处理由以下步骤完成：图像读取，白色矩形顶点坐标确定，图像校正，彩色图像缩放，初始水平集确定，基于多元正态分布统计和水平集变分法的彩色图像分割，叶片图像与参照物图像区域像素点信息提取，叶片面积计算；整个图像处理包括图像校正及初始水平集确定均为自动完成，自动化程度高。本发明专利对彩色图像直接进行图像分割，对拍照环境、角度要求低，分割效果良好，叶面积检测精度高。

技术领域

本发明专利涉及植物叶面积测量领域，具体为基于多元正态分布统计和水平集变分法的叶面积自动测量系统。

背景技术

叶面积是研究叶片功能、生理生化、作物栽培的重要指标，是估算植物表型特征模型的重要参数，因此植物叶面积的测量具有十分重用的作用；目前常用的叶面积测量方法很多包括方格纸法、复印称重法、叶面积扫描仪、图像处理法等，其中方格纸法、复印称重法测量准确，但操作繁琐，费时费力且需要采摘叶片进行离体测量；叶面积仪测量叶面积精度高，测量速度快，但价格昂贵，维修费用高，且扩展性差不适用于大面积叶片面积的测量；图像处理法是利用数码相机或手机拍摄植物叶片和已知面积的参照物，通过计算图像中叶片像素点个数与参照物像素点个数的比例，从而计算出叶片面积，该方法操作方便，测量速度快，目前得到广泛应用；但目前常见的基于图像处理的测量装置还存在一定问题：拍照要求较高，需要采摘叶片进行拍照，无法实现无损测量；图像处理时需将图像二值化后再对其进行边缘测量和图形分割，分割效果受拍摄条件影响较大，测量精度不稳定。

发明内容

本发明专利针对上述测量方法的不足之处，研究一种基于多元正态分布统计和水平集变分法的叶面积自动测量系统，利用手机或数码相机拍摄平铺在背景板上的叶片，通过hough变换实现图像自动校正；且对校正后的彩色图像利用多元正态分布统计和水平集变分法进行叶片和参照物目标的自动提取，最后通过参照物的实际面积、叶片图像与参照物图像的像素点个数的比值计算出叶片面积。该测量系统针对彩色图像进行图像分割，自动计算叶片面积，对拍摄环境、拍摄角度要求较低，测量精度高，且能实现植物叶面积的离体和非离体测量。

本发明专利通过以下技术方案实现。

叶面积自动测量系统由图像采集系统和图像处理系统组成。

图像采集系统由拍照载物平台和图像采集装置构成，其中载物平台由背景板、软质透明塑料盖板、夹子组成。为了便于图像校正和叶面积检测，背景板为外围带有黑色矩形边框的白色硬质木板，白色矩形区域右上侧印制红色方形参照物，红色参照物的面积可根据测量的叶片大小确定，叶片增大，参照物可相应增大，以减小测量误差。

将植物叶片平铺在背景板白色矩形中间，平铺时不要出现叶片重叠现象，且叶片不能覆盖红色参照物，也不能超出白色矩形区域；叶片放置好后用软质、透明、反光小的塑料与夹子相配合将叶片固定可实现植物叶面积的离体和非离体测量，同时也可提高测量精度。

图像采集时选取光照条件好的环境，图像采集装置选用手机或数码相机，拍照时注意相机视场覆盖整个载物平台，拍照应清晰且防止出现抖动模糊现象。

图像处理系统包括如下步骤。

步骤1；利用网络或存储介质将采集的彩色图像传输到PC端，并利用图像处理软件MATLAB读取图像。