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图像处理技术在玉米叶面积测量中的实际应用 宋英博，郭伟，张洪权，孟凡祥，王囡囡，李于 （黑龙江省农业科学院佳木斯分院，黑龙江佳木斯154007） 摘要：为了解决野外对玉米群体叶面积大批量的测量，本研究采用RGB三原色分离方法，利用图像像素比值和参考物法测量玉米叶面积。结果显示：图像处理法与CI202叶面积仪法测定叶面积的相关系数为0.9479，图像处理法与剪纸法比较相关系数R2为0.9382，图像处理法与LI-3100台式叶面积仪R2分别为0.8561，结果证明图像处理法与其他3种方法测量结果相关性较高。 关键词：叶面积；玉米；图像处理 ：S158.3文献标志码：A论文编号：cjas15010038 基金项目：黑龙江省农业科技创新工程种子创新基金“高产多抗耐密玉米品种合玉273的选育”(xx-01-06)。 第一作者简介：宋英博，男，1979年出生，黑龙江双鸭山人，助理研究员，硕士，主要研究抗冷玉米育种与栽培。通信地址：154007黑龙江省佳木斯市安庆街269号，TelE-mail：hjsybtom.。 通讯作者：张洪权，男，1966年出生，黑龙江望奎人，副研究员，硕士，主要从事玉米育种与高产栽培。通信地址：154007黑龙江省佳木斯市安庆街269号，TelE-mail：zhq2066163.。 ：xx-01-29，修回日期：xx-03-17。 0引言 玉米叶面积对指导作物合理密植、群体结构调整、变量施肥和精确喷灌以获得高产具有重要意义1-3，使用叶面积仪测量叶面积是目前国际公认的测量方法。冯冬霞等4认为叶面积仪测量叶面积，速度快，精度高，省时省力。陈斌等5认为传统叶片面积检测方法过程复杂,不能实现自动测量，叶面积仪法更快更准。王二虎等6认为叶面积仪测量的叶面积数据重复性更好，测定结果更为稳定，测量精确度和准确度更高。叶面积测定仪大多为进口仪器，价格昂贵，且不适于叶片过长大批量的玉米叶面积测量；特别是线状的光电扫描叶面积仪，光电管易老化，线状光源设备经不起碰撞，且损坏难以维修（如LI-3100台式叶面积仪）。对于手持式仪器，扫描速度和人为因素更会明显地影响测量结果（如美国CID公司生产的手持式叶面积CI202）。但或多或少都有一定的缺点。随着计算机视觉技术的不断改进，使利用图像处理的方法测定叶面积成为可能7-9。只需另加一台数码相机及笔者开发的叶面积测量软件即可。可大批量测量植物叶面积，在测试过程中是一种较便捷的方法，以此为出发点，应用图像处理技术解决在实际工作中，需要大批量、简便、快速、准确、无需交流电源的叶面积测量方法。应用于高产试验与密度试验10-12。本方法具有较强的科研实用性，不受叶片形状、大小、厚度等因素的影响，对不规则叶片也能准确测量，且相对于叶面积仪在价格上有很大优势。是对现有各种叶面积仪测量叶面积的有益补充，而不是取代。特点在于对室外的大的群体大批量叶面积的快速测量，并且造价低廉，维修方便，便于携带。 1材料与方法 1.1硬件环境 SONYT200数码相机810万像素。PC电脑一台（CPU英特尔酷睿四核4460S）。 1.2软件环境 WindowsXP操作系统。 1.3开发工具 编程语言VisualBasic6.08。 1.4基本原理 采用计算视觉技术，通过数码图像进行分析，由于数字图像由独立像素点组成，通过已知面积的像素个数与待测面积的像素个数比值，计算图像中叶片面积。根据RGB三原色分离方法，提出一种快速、准确测定叶面积的方法。在图像处理中采用的是RGB彩色系统，且具有对光源变化不敏感、不同颜色易于区分的特点。RGB色彩模式使用RGB模型，为图像中每一个像素的RGB分量分配一个0255范围内的强度值。纯红色R值为255，G值为0，B值为0；灰色的R、G、B三个值相等（除了0和255）；白色的R、G、B都为255；黑色的R、G、B都为0。利用VB语言根据本研究提出的算法编制颜色诊断系统软件，该软件的主要功能是进行图像处理，将不同颜色的像素分类计数，最终根据标准参照物折算叶面积。 1.5软件开发 本软件由图像输入、图像处理和图像输出组成，其核心是开发独立的图像处理软件（图1）。程序由VB语言编写，便于更新和维护，还具有很强可视化操作界面。进入主界面需输入背景板与叶片RGB分割值a，叶片与黑色标准版RGB分割值b。当鼠标放到背景板上时，左下方会显示该点的RGB值，将该像素点RGB3种颜色分量相加求和为c。当鼠标放到叶片时，左下方会显示该点的RGB值，将该像素点RGB3种颜色分量相加求和为d。当鼠标放到黑色标准版上时，左下方会显示该点的RGB值，将该像素点RGB3种颜色分量相加求和为e。 系统各参数计算如公式(1)。 a=(c+d)/2，b=(e+d)/2(1) 1.6试验设计 玉米品种选择绥玉7号，在抽丝期选择小区内植株15株，通过以下4种方法测量15株玉米全部叶面积。叶面积仪器法是采用美国CID公司生产的手持式叶面积(CI202)和大型室内叶面积（LI-3100台式叶面积仪），传统方法采用剪纸法，新方法采用图像处理法。 2结果与分析 2.1数字图像处理方法与常用方法比较 2.1.1对已知面积的测量将准备好的绿色相纸板和黑色标准版重合，剪切面积与黑色标准版等大，即绿色相纸版40cm2。绿色相纸作为被测对象（如图2），通过以上几种方法分别测定其面积，每一方法测定15次，方差分析后各种测定方法的测定结果差异不显著(P0.01)。说明数字图像测定法适用于叶面积测定。 2.1.2实测玉米叶面积的比较采用不同方法对同一组叶片5次重复测定的结果。可以看出，在相同条件下对同一叶片进行叶面积测定，数字图像处理法与CI202测定结果变异系数较小（表1），CI202局限于小面积测量，对于15株绥玉7号玉米的总面积测量，用时较长效率较低，但较其他3种准确。剪纸法因受叶片形状和操作熟练程度等因素影响，测定结果变异系数最大，对于15株绥玉7号玉米的总面积测量时间最长。LI-3100叶面积仪测定方法的测定结果介于数字图像处理法和剪纸法之间，LI-3100台式叶面积仪需要交流电源，机器过于笨重。通过以上几种方法分别测定15株玉米片的叶面积，采用SPSS软件对其进行统计分析。结果表明，图像处理法与其他3种方法比较更适合大批量、快速、准确、无需外部电源的叶面积测量。 2.2拍摄分辨率不同对叶面积测定的影响 目前大多数数码相机都有几档较低的分辨率可供选择，不同拍摄分辨率档位拍摄同一物体，会对数码图片上图像像素个数会产生一定影响。通过本系统软件，对同一叶片不同分辨率下叶面积进行测定。方差分