植物葉片幾何參數(shù)測量研究與應(yīng)用.pdf

1、植物葉片幾何參數(shù)的測量可用于監(jiān)測植物的生長狀況，有利于指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)學(xué)或植物生理學(xué)的研究。傳統(tǒng)對植物葉片幾何參數(shù)進(jìn)行測量的手段有九宮格法、稱重法、系數(shù)法、葉面積儀、游標(biāo)卡尺法、厚度傳感器等，具有操作繁瑣、依賴于人眼觀測、價格昂貴、精度較低、接觸式測量、易損壞葉片等缺點(diǎn)。因此，本文主要針對自動化、精密、非接觸式無損的葉片幾何參數(shù)測量方法進(jìn)行研究，包括基于圖像處理的二維幾何參數(shù)測量方法，以及基于表面三維形貌恢復(fù)的厚度測量方法，僅用由激光器

2、、CCD相機(jī)等成本較低的設(shè)備組成的簡單裝置，就可高精度的完成測量工作。主要完成的內(nèi)容如下：
　?。?）為了解決基于灰度圖像處理的參數(shù)測量方法難以區(qū)分復(fù)雜背景、葉片及葉片內(nèi)部區(qū)域等問題，研究了彩色圖像分割算法。分析對比RGB、YIQ、YCbCr、HSI、Lab這5種彩色空間模型，提取可突出背景、葉片及葉片內(nèi)部區(qū)域之間顏色差異的色彩因子分量圖像。對顏色分量圖像進(jìn)行分割、形態(tài)學(xué)操作、面積濾波、孔洞填充等處理，獲取植物葉片目標(biāo)及其內(nèi)部區(qū)域

3、。最后在植物葉片二值圖像中，利用參數(shù)測量方法計算目標(biāo)區(qū)域的二維幾何參數(shù)。
　?。?）在傳統(tǒng)激光三角法的基礎(chǔ)上，設(shè)計基于雙光路激光三角法的植物葉片厚度測量系統(tǒng)。點(diǎn)激光入射至植物葉片表面，表面散射的光被CCD相機(jī)接收，形成激光光斑圖像，葉片表面形貌相對于參考平面的高度變化，可直接反映為圖像中激光光斑中心的偏移。通過抗噪能力較強(qiáng)的灰度重心法精確提取激光光斑的亞像素中心，計算植物葉片表面與參考平面對應(yīng)的光斑中心偏移量，然后根據(jù)激光三角法的

4、光學(xué)幾何公式，可恢復(fù)出植物葉片某一表面的三維形貌。最終利用雙光路的激光三角法，計算出植物葉片上下表面的三維形貌差值，即可獲得植物葉片每一點(diǎn)的厚度。
　?。?）以仙人掌葉片為研究對象，搭建硬件實(shí)驗(yàn)平臺，測量其二維幾何參數(shù)，并與真實(shí)值進(jìn)行分析對比。然后在植物葉片采集系統(tǒng)中添加激光器、運(yùn)動平臺等設(shè)備，獲取激光光斑圖像，通過激光三角法恢復(fù)葉片表面三維形貌，進(jìn)而得到植物葉片9塊不同區(qū)域的厚度。實(shí)驗(yàn)表明，在存在光學(xué)系統(tǒng)誤差及人為引入誤差的條件