[发明专利]水稻叶形采集装置及稻叶形态参数提取方法

摘要

本发明涉及水稻叶形采集装置及稻叶形态参数提取方法。一种水稻叶形采集装置，其主体包括摄像头、摄像头固定装置、支架横杆、载叶台、支架竖杠、支架调节器、计算机、校验纸、双面胶、黑色胶带；摄像头通过摄像头固定装置固定在支架横杆上；载叶台是黑色水平桌面，黑色胶带通过双面胶粘贴在载叶台上，且带胶的一面朝上；支架竖杠固定在载叶板一侧的中央，通过支架调节器可调节摄像头与桌面的距离；摄像头直接连接在计算机上；校验纸是一张描有黑色等距网格点的白纸。利用本发明的装置及方法采集水稻叶形图像和提取水稻叶形曲线和叶面积方便、快捷、精确，为水稻叶形及参数的提取提供了硬件和方法，能为水稻株形的模拟和优化设计提供基础参数。

主权项

1.一种基于叶形图像提取水稻叶形曲线和叶面积的方法，其特征在于水稻叶形图像采集装置包括摄像头（1）、摄像头固定装置（2）、支架横杆（3）、载叶台（4）、支架竖杠（5）、支架调节器（6）、计算机（7）、校验纸（8）、双面胶（9）、黑色胶带（10）；摄像头（1）通过摄像头固定装置（2）固定在支架横杆（3）上；载叶台（4）是黑色水平桌面，黑色胶带（10）通过双面胶（9）粘贴在水平桌面上，黑色胶带（10）的带胶的一面朝上；支架调节器（6）固定在载叶台（4）一侧，支架调节器（6）上有三个等距的螺杆；支架竖杠（5）上有若干等距螺孔，支架竖杠（5）通过螺孔和支架调节器（6）的螺杆固定在载叶台（4）一侧的中央，通过调整支架竖杠（5）的螺孔与支架调节器（6）的螺杆的对应位置，调节摄像头（1）与桌面的距离以适应不同长度叶片图像的拍摄；摄像头（1）为高清网络摄像头直接连接在计算机（7）上，能用摄像头（1）自带的软件拍摄水稻叶片图像；校验纸（8）是一张描有黑色等距网格点的白纸；其中利用水稻叶形图像采集装置拍摄水稻叶形图像的过程包括以下步骤：a）根据叶片的长短，通过支架调节器（6）调节摄像头（1）与桌面的距离，并固定支架，连接摄像头与计算机，启动图像拍摄软件，调节好拍摄参数；b）将校验纸（8）平放在载叶台（4）上，拍摄校验纸（8）的图像；c）将叶片展开依次贴在双面胶上，控制拍摄软件拍摄水稻叶片图像；d）去掉拍过图像的叶片，重复步骤c)-d)，拍摄所有要处理的水稻叶片图像；其中基于叶形图像提取水稻叶形曲线和叶面积的步骤包括 ：1）像素变换方程：处理校验纸（8）的图像，获得像素点的位置与实际坐标转化方程，像素点的位置（i,j）与实际坐标（x,y）转化方程使用二元二次函数：， ，参数通过拟合得到，目标为变换后校验纸（8）图像上相邻黑点之间的距离与实际最接近；2）预处理叶片图像：读取叶片图像，对叶片图像依次做灰度化，二值化，腐蚀，膨胀处理；3）叶片标记：标记叶片，提取叶片像素坐标；4）像素点位置坐标变换：利用步骤1）获得的像素点的位置与实际坐标的转化方程对叶片像素点的位置进行坐标变换，得到叶片像素点实际坐标；5）像素点实际坐标旋转：由于拍摄叶片图像时，放置叶片方式不同，叶片不一定是平行图像边界，所以需要做坐标旋转，通过对叶片像素点实际坐标做坐标旋转使得叶片叶脉平行于实际坐标的横坐标轴；并通过坐标变换使得叶片叶结点为坐标原点，叶脉在横坐标轴上，这时像素点的横坐标即为该点到叶片结点的水平距离，纵坐标即为改点到叶脉的竖直距离；所以像素点的最大横坐标为叶长，像素点的最大纵坐标为叶宽；6）叶片拼接：有的叶片可能太长，需要将叶片剪断拍照，叶片拼接就是要将分为两段叶片拼接成一片；7）边界拟合：叶片边界像素点的实际坐标通过拟合得到叶片边界的曲线方程；8）面积计算：计算每片水稻叶片的叶长、叶宽，并利用微元法计算每片水稻叶片的叶面积；9）文件存储：重复所述的步骤2）-8），处理完所有的叶片图像后，将数据保存到Excel文件；10）整个处理过程由matlab图形用户界面编程实现。