葉面積測(cè)定儀基于矩形框的幾何校正方法(完整版)
【正文】 小整數(shù)。RGB 空間灰度化方法兩種常見的形式為圖1 基于矩形框幾何校正的多葉面積測(cè)量算法(GCCA)主要過(guò)程 在葉面積測(cè)量過(guò)程中，常常會(huì)遇到某種作物或作物某些生育期葉片顏色和背景顏色相似的問(wèn)題，僅僅用一種固定的灰度化方法并不能有效保留邊緣的結(jié)構(gòu)信息。左欣等[8]提出了參照矩形框?qū)θ~片圖像進(jìn)行幾何校正的葉面積測(cè)量方法，較大地提高了測(cè)量的精度，但每次只能測(cè)量一片葉子，工作量大。傳統(tǒng)的葉面積測(cè)量方法有坐標(biāo)紙法、復(fù)印稱質(zhì)量法和葉面積儀法等。GCCA 法應(yīng)用Hough變換提取矩形框，對(duì)圖像進(jìn)行幾何校正，利用連通域掃描實(shí)現(xiàn)了多葉片同時(shí)測(cè)量。GCCA 法既可以應(yīng)用于室內(nèi)，也可以進(jìn)行室外無(wú)損測(cè)量，為葉面積的測(cè)量提供了切實(shí)可行的新途徑。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，利用像素點(diǎn)進(jìn)行葉面積測(cè)定的數(shù)字?jǐn)z影圖像處理法得到了迅速的發(fā)展。GCCA 算法主要過(guò)程如圖1 所示。灰度變換是根據(jù)某種目標(biāo)條件按一定變換關(guān)系逐點(diǎn)改變?cè)瓐D像中每一個(gè)像素灰度值的方法，主要針對(duì)獨(dú)立的像素點(diǎn)進(jìn)行處理，通過(guò)改變?cè)紙D像數(shù)據(jù)所占據(jù)的灰度范圍而使圖像在視覺(jué)上得到良好的改觀，同時(shí)使邊界區(qū)更為明顯，便于后續(xù)處理。因此，中值濾波法是噪聲消除的最有效方法[14]。迭代法算法對(duì)直方圖分布成雙峰或者分布比較均勻時(shí)效果比較好，但對(duì)直方圖分布比較窄或分布不呈雙峰的圖像，分割效果往往不理想[18]。幾何校正的主要思想是根據(jù)畸變圖像中4 個(gè)像素與他們的實(shí)際4 個(gè)對(duì)應(yīng)點(diǎn)的函數(shù)關(guān)系，對(duì)畸變圖所有像素點(diǎn)進(jìn)行糾正，再對(duì)空缺像素進(jìn)行灰度插值，從而實(shí)現(xiàn)幾何校正。常用的插值算法有最臨近插值法、3 次卷積內(nèi)插法和雙線性插值法等[23]。為此，本文采用連通域掃描的方法（ 節(jié)）來(lái)剔除相片邊緣。、45176。為了提高效率可以先判斷當(dāng)前像素是否為目標(biāo)像素（假設(shè)灰度值等于零的像素為目標(biāo)像素），若為目標(biāo)像素，則開始掃描，否 則跳過(guò)。開發(fā)環(huán)境為Visual Studio 2010，運(yùn)行環(huán)境為Window XP/Window2003/Window7，.NET Framework4。幾何校正后，基本消除傾斜失真對(duì)葉面積測(cè)量的影響。采用公式（6）計(jì)算各葉片的面積， Framework4 自帶的SQL Server 2008數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、數(shù)據(jù)刪除和數(shù)據(jù)導(dǎo)出等功能。為了驗(yàn)證GCCA 法的測(cè)量精確度及其使用范圍，對(duì)gpgpgp3 和gp4 進(jìn)行垂直拍照，選擇坐標(biāo)紙法為標(biāo)準(zhǔn)方法，分別用長(zhǎng)寬系數(shù)法[28]、Photoshop 法及GCCA 法測(cè)量各葉片面積，測(cè)量結(jié)果見表2，其中坐標(biāo)紙法和長(zhǎng)寬系數(shù)法是直接測(cè)量，GCCA 法和Photoshop 法是通過(guò)Photoshop 和LAS 軟件掃描圖像間接得到。 4）GCCA 法測(cè)量精度并不隨葉片形狀和葉片大小變化而變化。而Photoshop 法測(cè)量結(jié)果變異度大，測(cè)量結(jié)果相對(duì)不穩(wěn)定。 2）GCCA 法繼承了數(shù)字?jǐn)z影圖像處理法的優(yōu)勢(shì)，是一種快速的植物葉面積測(cè)定方法。因此，如何引入邊緣陰影抑制技術(shù)解決結(jié)果稍稍偏大和如何將LAS 進(jìn)一步完善，開發(fā)出一套數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸和葉面積測(cè)量于一體的LAS 葉面積測(cè)量系統(tǒng)，有待進(jìn)一步的研究。當(dāng)一次測(cè)量20 片葉片時(shí)，葉片測(cè)量速度能達(dá)到5 片/s。結(jié)果表明：平均測(cè)量1 片葉片，坐標(biāo)紙法用時(shí)415 s，長(zhǎng)寬系數(shù)法用時(shí)13 s，Photoshop 法用時(shí)8 s， s。同理，對(duì)水稻葉的相對(duì)誤差和黃瓜葉的相對(duì)誤差再做兩獨(dú)立樣本t 檢測(cè)，P= 。、側(cè)對(duì)著矩形框俯視60176。 2）用相機(jī)拍照，注意要保證矩形框在成像范圍內(nèi)。LAS 軟件可以獲取每一個(gè)連通域的像素總數(shù)以及矩形框總像素。LAS 可分為圖片讀取、灰度化、去噪、二值化、幾何校正、形態(tài)學(xué)處理、邊緣校正、多目標(biāo)識(shí)別、葉面積統(tǒng)計(jì)與計(jì)算和打印結(jié)果輸出數(shù)據(jù)11 個(gè)功能塊，數(shù)據(jù)預(yù)處理、幾何校正、連通域掃描和葉面積計(jì)算與輸出4 個(gè)主要步驟。 注：4 為1800、135176。在像素矩陣（圖2b）中黑色方格為當(dāng)前像素，4 為180176。這種方法特別有效，能很好地清除邊緣無(wú)效區(qū)域。
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