CN1952599A - 一种平面叶片面积无损测量***及其方法 - Google Patents
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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
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。
图像校正单元计算射影矩阵公式。其中(xu Ob,xv Ob)的物体坐标,(xi Im,xj 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(xu Ob,xv Ob),(xi Im,xj 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(xu Ob,xv Ob),(xi Im,xj 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(xu Ob,xv Ob),并且在图像中选取对应的(xi Im,xj Im)。
图像坐标和物体坐标的关系,其中,(xi Im,xj Im)是像素坐标,(xu Ob,xv 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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