【理学论文】一种基于MATLAB的植物叶片参数测量系统

  【摘要】　提出了一种基于MATLAB的植物叶片参数自动测量系统方案.该系统利用扫描仪获取包含标定物的叶片图像,对其二值化后进行边缘跟踪,获得标定物和叶片的边界,最后借助标定物的实际直径和面积得到叶片的面积、周长、长、宽等参数.经对两种叶片进行的实验.结果表明,此系统能够快速、准确地进行叶片参数的自动测量,具有较高的效率和实用性.

    【关键词】　植物叶片;参数测量;测量系统;MATLAB语言叶片是植物进行光合作用、蒸腾作用和合成有机物质的主要器官,其发育状况和叶片参数大小对植物生长发育、抗逆性等生理功能影响很大, 尤其对树木生物量的积累影响深远.植物受到病虫害侵染后,往往会出现不连续的枯黄和斑点,给叶片参数测量带来困难.因此,建立简便、快速、准确的叶片参数测定系统,在植物生理生化、遗传育种、作物栽培、虫害损失等研究和应用方面具有重要的意义. 目前对于叶片的面积测量方法的研究比较多[1-3],而对其它参数测量方法的研究相对较少. 测定叶面积的方法有传统的手工测量方法,如方格法、称重法、系数法、回归方程法等,虽然方法简单,但测量耗时且精度低;采用专业性的叶面积仪进行叶面积的测量,如求积仪法、叶面积仪法等,

    虽然准确、简单、快速,但设备价格昂贵.为了克服以上方法的缺点,部分研究人员提出了一些新的叶片参数测量方法,如白由路等[4]提出了一种利用数码相机和图像处理软件Photoshop测定面积、叶长和叶宽的方法,但该方法对软件的操作过于繁琐,人工干预较多,以致影响了工作效率和测量精度.程鸿等[5]提出了一种利用数码相机、参照直尺和AutoCAD机械制图软件测量叶片面积和周长的方法,但该方法在测量过程中需要在软件中手动绘制叶片的边缘,不但费时费力,而且测量精度受到人为因素影响较大.为了减少测量过程中的人工干预以及提高测量精度和测量效率,本研究提出了一种采用扫描仪和标定物并结合图像处理技术,对植物叶片面积、周长、长度和宽度等参数进行自动测量的方法,并利用MATLAB语言建立自动测量系统. 1　测量原理用扫描仪扫描得到含有标定物和被测植物叶片的数字图像,对图像进行二值化处理,

  之后采用基于递归技术对二值图像进行区域标记[7],同时采用4-邻接优先的八方向跟踪方法进行边缘跟踪[8],分别获取图像中的标定物目标和植物叶片目标以及它们的边缘;然后求取图像中标定物的直径,根据实际标定物的直径与图像中标定物的直径之比获得一个标定系数;用这个系数去与图像中植物叶片目标的周长及最小外接矩形的长、宽进行计算,从而得到实际植物叶片的周长、叶长和叶宽等参数;