葉面積測定儀基于矩形框的幾何校正方法(已改無錯字)
2022-07-24 08:34:00 本頁面
【正文】 2010，運(yùn)行環(huán)境為Window XP/Window2003/Window7，.NET Framework4。 軟件開發(fā) 根據(jù)上述GCCA 算法，應(yīng)用Visual Basic 2010 開發(fā)環(huán)境，開發(fā)了具有交互式界面的GCCA 算法的動態(tài)仿真模型軟件LAS，見圖3。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)識別、葉面積統(tǒng)計與計算和打印結(jié)果輸出數(shù)據(jù)11 個功能塊，數(shù)據(jù)預(yù)處理、幾何校正、連通域掃描和葉面積計算與輸出4 個主要步驟。圖3 LAS 軟件主界面圖 1）數(shù)據(jù)預(yù)處理。 Framework 類庫中LockBits函數(shù)實現(xiàn)內(nèi)存鎖定，并返回BitmapData 類型數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的快速操作；采用自定義法為默認(rèn)灰度方法，++，見圖4；采用式（3）為灰度變換方法，經(jīng)灰度變換得到效果圖5a，重新統(tǒng)計出灰度直方圖并進(jìn)行插值處理，得到光滑的直方圖，見圖5b；采用中值濾波法去噪；采用OTSU 法、迭代法和手動選擇法為灰度圖二值化方法，以實現(xiàn)目標(biāo)區(qū)域與背景區(qū)域的分離的目的。 圖4 灰度化方法程序界面圖 2）幾何校正。采用矩形框幾何校正法和雙線性插值法，圖6 為幾何校正前后圖。其中，圖6a 幾何校正前的圖像，圖6b 為幾何校正后的圖像。幾何校正后，基本消除傾斜失真對葉面積測量的影響。圖5 灰度轉(zhuǎn)換圖圖6 幾何校正前后圖 3）連通域掃描。LAS 軟件可以獲取每一個連通域的像素總數(shù)以及矩形框總像素。這些連通域中， 被認(rèn)為是雜質(zhì)小顆粒；如果存在標(biāo)簽為1 的區(qū)域，則被認(rèn)為是圖像邊緣區(qū)域；剩下的區(qū)域則是目標(biāo)區(qū)域（葉片）。圖6b 掃描效果如圖7。根據(jù)圖7 可知，連通域掃描能準(zhǔn)確掃描并標(biāo)記出了多個連通域，實現(xiàn)了多目標(biāo)識別與測量，即多葉面積測量。注：圖中數(shù)字3 是LAS 軟件對葉片自動進(jìn)行的編號。圖7 連通域掃描結(jié)果圖 4）葉面積統(tǒng)計與計算。采用公式（6）計算各葉片的面積， Framework4 自帶的SQL Server 2008數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)儲存、數(shù)據(jù)刪除和數(shù)據(jù)導(dǎo)出等功能。 操作步驟 1）取一張A4 紙平鋪在平坦的桌面上，在A4 紙上繪制155 mm218 mm 的矩形框（其它尺寸，需要在軟件“選項”中設(shè)置矩形邊框大?。賹⑷~片放在矩形框內(nèi)，最后用透明玻璃將樹葉壓平，如圖8a。 2）用相機(jī)拍照，注意要保證矩形框在成像范圍內(nèi)。 3）將圖像數(shù)據(jù)導(dǎo)入到電腦中，在默認(rèn)條件下，運(yùn)行LAS 軟件即可得到如圖8b、c 所示。其中，圖8b 為LAS軟件對原圖像進(jìn)行GCCA 法處理后的圖像，圖8c 為圖8b 各葉片的統(tǒng)計計算結(jié)果。對比圖8a 和圖8b 發(fā)現(xiàn)，原圖像的矩形框得到了校正，并且被放大、平移，實現(xiàn)了對原圖像有控制幾何校正；同時由圖8b 各葉片邊緣的紅框可知，各葉片都被較準(zhǔn)確的識別出來，實現(xiàn)了多葉面積同時測量。圖8 默認(rèn)條件下運(yùn)行界面圖 3 結(jié)果與分析 選取水稻葉、銀杏葉、黃瓜葉（這3 種葉片的選取具有普遍性，能代表常見葉片形狀，如狹長形、扇形以及不規(guī)則形狀等）各5 片為研究對象，接著把5 片水稻葉分別命名為aaaaa5，銀杏葉命名為bbbbb5，黃瓜葉命名為ccccc5。再將a1,b1,c1 列為一組，記為gp1；同理將abc2, abc3，abc4，abc5 依次記為gpgpgpgp5。為了驗證GCCA 法的測量精確度及其使用范圍，對gpgpgp3 和gp4 進(jìn)行垂直拍照，選擇坐標(biāo)紙法為標(biāo)準(zhǔn)方法，分別用長寬系數(shù)法[28]、Photoshop 法及GCCA 法測量各葉片面積，測量結(jié)果見表2，其中坐標(biāo)紙法和長寬系數(shù)法是直接測量，GCCA 法和Photoshop 法是通過Photoshop 和LAS 軟件掃描圖像間接得到。為了進(jìn)一步凸顯出GCCA 法幾何校正的優(yōu)越性，還對gp5 分別
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