CN1952599A - 一种平面叶片面积无损测量***及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及平面面积测量技术领域，特别是一种使用单幅图像，进行平面叶片面积无损测量的***及其方法。***包括：图像采集单元，图像校正单元，叶片图像分割单元，叶片面积计算单元。方法包括：通过图像采集单元得到附着在标定板上的平面叶片图像；图像校正单元根据图像和标定板上的同名点，计算出图像上的像素和实际物体的射影对应关系，并且对图像进行正射校正；叶片图像分割单元将叶片的图像从背景中分离出来；叶片面积计算单元根据射影对应关系，计算出正射校正后的叶片图像的面积。

Description

一种平面叶片面积无损测量***及其方法

技术领域

本发明涉及平面面积测量技术领域，特别是一种使用单幅图像，进行平面叶片面积无损测量***及其方法。

背景技术

叶片面积是作物栽培和育种操作的常用指标之一，也是农作物产量和品质的重要评价指标。关于叶片面积的测量一直是农业领域中的热点之一。现有的传统叶面积测量方法，包括利用方格板测量叶面积法、利用叶重量估计叶面积法、利用回归方程计算叶面积法，分别存在着操作复杂费时、破坏叶片和单个叶片测量误差大的缺点。而利用进口的叶面积仪测定叶面积，虽然操作简单快速，结果准确，但是价格昂贵，不适宜普遍推广应用。

一种替代方法是使用扫描仪将叶片进行扫描，然后计算叶片面积，但是这种方法只能进行破坏性测量。

发明内容

本发明的目的在于无特殊昂贵的扫描仪器的条件下，准确、快速地对单个叶片进行面积测量和分析，从而获得相关的叶片面积、叶片周长、叶片长度、叶片宽度和叶片长宽比等相关参数。本发明的目的旨在为用户提供一个价格便宜、操作简单、测量结果准确的叶片面积测量***。

本发明使用自行设计的印刷电路板(PCB)作为标定板，通过单幅图像，进行处理，从而计算得出叶片面积。不需要相机定标和图像匹配这些可以带来误差的步骤。同时由于***构成所用的部件，使得其成本得到控制。在保证成本的同时，***可以达到0.5％的重复测量精度，满足了绝大部分的测量需要。

$\left(\begin{array}{cccccccc}{X}_u^{\mathrm{Ob}}& X_v^{\mathrm{Ob}}& 1& 0& 0& 0& -X_u^{\mathrm{Ob}}\·X_t^{\mathrm{Im}}& -X_u^{\mathrm{Ob}}\·X_t^{\mathrm{Im}}\\ 0& 0& 0& X_u^{\mathrm{Ob}}& X_v^{\mathrm{Ob}}& 1& -X_j^{\mathrm{Im}}\·X_u^{\mathrm{Ob}}& -X_j^{\mathrm{Im}}\·X_v^{\mathrm{Ob}}\end{array}\right)\·\left(\begin{array}{c}{m}_{11}\\ m_{12}\\ m_{13}\\ m_{21}\\ m_{22}\\ m_{23}\\ m_{31}\\ m_{32}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}{X}_t^{\mathrm{Im}}\\ X_j^{\mathrm{Im}}\end{array}\right)$

图像校正单元计算射影矩阵公式。其中(x_u ^Ob，x_v ^Ob)的物体坐标，(x_i ^Im，x_j ^Im)是对应的像素坐标，公式给出了这两个点之间的射影关系。给出4个(x_u ^Ob，x_v ^Ob)，(x_i ^Im，x_j ^Im)对，就可以求解(m₁₁，m₁₂，m₁₃，m₂₁，m₂₂，m₂₃，m₃₁，m₃₂)。考虑到误差的因素，用户可以给出多于4个(x_u ^Ob，x_v ^Ob)，(x_i ^Im，x_j ^Im)对，图像校正单元会采用SVD方法求出最优的(m₁₁，m₁₂，m₁₃，m₂₁，m₂₂，m₂₃，m₃₁，m₃₂)。所以用户要建立是用户配置文件，在其中中给出(x_u ^Ob，x_v ^Ob)，并且在图像中选取对应的(x_i ^Im，x_j ^Im)。

$x_i^{\mathrm{Im}}=\frac{m_{11}\·X_u^{\mathrm{Ob}}+m_{12}\·X_{\mathrm{\ν}}^{\mathrm{Ob}}+m_{13}}{m_{31}\·X_u^{\mathrm{Ob}}+m_{32}\·X_{\mathrm{\ν}}^{\mathrm{Ob}}+1}$

$x_j^{\mathrm{Im}}=\frac{m_{21}\·X_u^{\mathrm{Ob}}+m_{22}\·X_{\mathrm{\ν}}^{\mathrm{Ob}}+m_{23}}{m_{31}\·X_u^{\mathrm{Ob}}+m_{32}\·X_{\mathrm{\ν}}^{\mathrm{Ob}}+1}$

图像坐标和物体坐标的关系，其中，(x_i ^Im，x_j ^Im)是像素坐标，(x_u ^Ob，x_v ^Ob)是物体坐标，(m₁₁，m₁₂，m₁₃，m₂₁，m₂₂，m₂₃，m₃₁，m₃₂)是图像校正单元计算出的8个常数。对于图像上的每个像素，这个公式给出了其在标定板上的坐标系上的真实坐标。

技术方案

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

该***包括图像采集单元，图像校正单元，叶片图像分割单元，叶片面积计算单元。

通过图像采集装置得到附着在标定板上的平面叶片图像，对于拍照的数码相机没有特定的要求。

图像校正装置根据图像和标定板上的同名点，计算出图像上的像素和实际物体的射影对应关系。

叶片图像分割装置将叶片的图像从背景中分离出来。

叶片面积计算装置根据射影对应关系，计算出校正后的叶片图像的面积。

图像采集模块由标定板、相机、相机控制软件模块组成，图像校正单元、叶片图像分割单元、叶片面积计算单元为软件模块，集成在一个单元，其中，图像采集单元，图像校正单元，叶片图像分割单元，叶片面积计算单元，上述单元依次顺序连接。

一种平面叶片面积无损测量方法，其步骤如下：

通过图像采集单元得到附着在标定板上的平面叶片图像；

图像校正单元根据图像和标定板上的同名点，计算出图像上的像素和实际物体的射影对应关系；

叶片图像分割单元将叶片的图像从背景中分离出来；

叶片面积计算单元根据射影对应关系，计算出正射校正后的叶片图像的面积。

附图说明

图1是标定板及所拍摄的照片图。

图2是本发明的平面叶片面积无损测量***图。

图3是本发明的平面叶片面积无损测量方法流程图。

具体实施方式

图1是标定板及所拍摄的照片，图中为待测叶片附着在标定板上。

图2平面叶片面积无损测量***包括图像采集装置，图像校正装置，叶片图像分割装置，叶片面积计算装置。其中，图像采集单元，图像校正单元，叶片图像分割单元，叶片面积计算单元，上述单元依次顺序连接。

图3平面叶片面积无损测量方法的具体操作过程为：

(1)将待测量的叶片附着在标定板上，展平，使用数码相机拍摄一幅标定板图像；

(2)用户建立与图像同名点对应的物体坐标文件；

(3)装入图像和对应的同名点文件；

(4)用户通过3种方法进行叶片图像的分割

RGB(红、绿、蓝)色彩空间分割：用户指定种子像素和容差，叶片图像分割单元会自动从种子像素开始，把和种子像素颜色相近并且拓扑上具有相邻关系的像素分离出来；

HSI(色度、饱和度、亮度)色彩空间分割：方法同RGB色彩空间分割，只是色彩空间的选区为HSI空间。

多边形分割：用户使用多边形框住叶片图像，叶片图像分割单元会自动对多边形内部进行填充，分割出叶片图像。

(5)用户通过软件用户界面，进行图像正射校正；

(6)用户通过软件用户界面，进行叶片面积计算。

平面叶片面积无损测量方法，可以采用三种不同的方法及其组合分割出叶片图像，从而得到精确的叶片面积结果。

发明特点

本***是通过单幅图像，对于平面叶片面积进行无损测量的***，其特点是：

1、通过单幅图像进行平面叶片面积测量，避免了相机定标和图像匹配，减小了误差。

2、由于***的构成没有使用昂贵的器件，因此整个***的硬件成本控制在300元以内。

3、使用印刷电路板及其上面的丝网层作为标定的尺度，由于其自身的精度，保证了***的精度。

4、采用多种图像分割的方法组合分割叶片图像，保证了计算的精度。

5、用先计算，后校正的方法，***具有可扩展性，不仅可以精确计算平面叶片面积，而且可以在图像上直接测量出长度，角度等几何量。

Claims (5)

1、一种平面叶片面积无损测量***，其特征在于：该***包括图像采集单元，图像校正单元，叶片图像分割单元，叶片面积计算单元，

通过图像采集单元得到附着在标定板上的平面叶片图像，

图像校正单元根据图像和标定板上的同名点，计算出图像上的像素和实际物体的射影对应关系，

叶片图像分割单元将叶片的图像从背景中分离出来，

叶片面积计算单元根据射影对应关系，计算出正射校正后的叶片图像的面积，

图像采集模块由标定板、相机、相机控制软件模块组成，图像校正单元、叶片图像分割单元、叶片面积计算单元为软件模块，集成在一个单元，其中，图像采集单元，图像校正单元，叶片图像分割单元，叶片面积计算单元，上述单元依次顺序连接。

2、一种平面叶片面积无损测量方法，其步骤如下：

通过图像采集单元得到附着在标定板上的平面叶片图像；

图像校正单元根据图像和标定板上的同名点，计算出图像上的像素和实际物体的射影对应关系；

叶片图像分割单元将叶片的图像从背景中分离出来；

叶片面积计算单元根据射影对应关系，计算出正射校正后的叶片图像的面积。

3、根据权利要求2的平面叶片面积无损测量方法，其具体步骤如下：

(1)将待测量的叶片附着在标定板上，展平，拍摄一幅标定板图像；

(2)用户建立与图像同名点对应的物体坐标文件；

(3)装入图像和对应的同名点文件；

(4)用户通过3种方法进行叶片图像的分割；

(5)用户通过软件用户界面，进行图像正射校正；

(6)用户通过软件用户界面，进行叶片面积计算。

4、根据权利要求3的平面叶片面积无损测量方法，其特征在于，可以采用三种不同的方法及其组合分割出叶片图像，从而得到精确的叶片面积结果。

5、根据权利要求3或4的平面叶片面积无损测量方法，其特征在于，步骤(4)的叶片图像的分割包括：

RGB色彩空间分割：用户指定种子像素和容差，叶片图像分割单元会自动从种子像素开始，把和种子像素颜色相近并且拓扑上具有相邻关系的像素分离出来；

HIS色彩空间分割：方法同RGB色彩空间分割，只是色彩空间采用HSI空间；

多边形分割：用户使用多边形框住叶片图像，叶片图像分割单元会自动对多边形内部进行填充，分割出叶片图像。

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