观赏海棠主要观赏器官的数字化描述

观赏海棠主要观赏器官的数字化描述

秋海棠的叶子、果实和花朵的形状和颜色是其重要的观赏特征（dannyshent，1987；fina，2003）。采用数字化技术对观赏海棠的形态、颜色进行描述,可以精准地确定叶、果、花的颜色,为新品种选育和植物置景应用提供依据。传统的形态描述常常根据植物学上叶片、叶尖、叶基、叶缘、花瓣、花萼等的形态分类来进行描述(王全喜等,2004;金银根,2006),而叶色、花色、果色、新梢叶色只可通过比色卡进行描述,因此外界影响和主观影响均较大,准确性及通用性较低。近年来随着科技的发展,数码技术已开始运用在植物形态的测定和描述上,如利用数码相机测定板栗果实褐变(张京政等,2008),利用数码相机测定果树叶面积(苑克俊等,2006)等新方法。本研究中利用数码图像和计算机信息处理技术,为观赏海棠的色彩描述确定一条科学便捷规范的技术路线。1材料和方法1.1试验材料与观测系统观赏海棠果园土壤为粘沙壤土,有良好的灌溉条件,管理水平较高。所取试样均为6年生品种嫁接苗和开放授粉的海棠实生苗种系(因实生苗尚未定名,暂以株系编号表示)。于2009年3月27日采摘观赏海棠新梢,4月11日采摘海棠花,5月17日采摘叶片,6月20日采摘果实。为保证所测颜色具代表性,采摘时选择颜色较为均匀且具有代表性的叶片、新梢、花和果实。所取试材为树体向阳面树高2/3处的长枝成熟叶片、花及果实,新梢幼叶为取自树冠顶部展叶2~3片的新梢叶。采摘叶片、果实、花及新梢的数量均为30个。采摘后立刻放入保鲜袋,置于冰盒中带回室内,4℃保存,6h内完成拍摄。在相同光源下用同一相机拍摄。相机机身为NikonD70s,镜头为SigmaEX105mmF2.8微距镜头。机身设置:光圈优先,镜头光圈F8,室内人工散射光源条件下采用中央重点测光,机顶灯照明,+1.0EV曝光补偿。人工光源即为40cm亮棚套装,包括40cm摄影棚,灯罩两只(带方向灯头,可上下左右调节方向),38W5400K专业摄影灯泡两只,20~45cm可调节灯架两只。背景纸选用有方格的硫酸纸,每一方格均为1mm×1mm。将采摘的试材放于背景纸中央,将新梢、叶片和花平展,果实尽量置于背景纸的方格内。1.2色彩的形态变化利用计算机软件PhotoshopCS3对颜色进行测定,并用DPSv3.01数据处理系统对测定结果进行UPGMA聚类分析和方差分析。彩色图像模式依据不同的使用范围,分别有RGB模式、Lab模式、CMYK模式3种模式。CMYK模式与RGB模式相反,RGB模式是由光源产生颜色,而CMYK模式则是根据纸上油墨的吸收特性来定义颜色。CMYK模式中C代表青色,M代表洋红色,Y代表黄色,K代表黑色,可以准确地用数字来描述一种颜色的多少。每一个像素的每一种印刷油墨会被分配一个百分比值,更有利于植物材料色彩的再现。CMYK模式编辑能够避免色彩的损失,能使色彩固化、再现。RGB模式尽管色彩多,但不能完全再现出来。Lab色彩模式是由照度(L)和有关色彩的a、b要素组成,它能定义的色彩最多,但a、b是指颜色的比值,人们无法感官认识,不能准确地用数字表现出一种颜色的含量。且Lab模式的测定方法须有特定仪器,而CMYK模式则大大扩展了其应用性。本研究中,选用的彩色图像模式为CMYK模式(孙艳华,2008;谢志华,2009)。1.3图像的颜色处理部分1.3.1阿富汗的叶子2结果与分析2.1不同品种、品系的二通道格及花的颜色由表1可知,在现有品种中,从新梢到成熟叶片的C、M、Y、K值,除‘雪球’和‘王族’外均增大,这说明这6个品种从新梢到成熟叶片的颜色不断加深;‘雪球’和‘王族’的C、M、Y、K值变化不大,说明它们的新梢和成熟叶片颜色变化不大。‘王族’的M与K值明显高于其他品种,它的新梢和成熟叶片呈紫红色。由此可看出M与K值大小对于颜色的深浅起重要作用。再比较新的株系,各株系从新梢到成熟叶片C、Y、K的比值均增加,M比值降低,说明各株系颜色变深绿。‘道格’、‘雪球’和‘火焰’果实的M和K值比值大大低于其他品种和株系,它们的果实颜色呈绿色,而其他品种及株系的呈红色,可通过比较M和K值大小得出果实红色的深浅,如‘绚丽’、‘王族’、‘粉芽’、‘垂丝海棠’、1379及2182的果色深度高于其他品种和株系。从表2整体来看,很多品种或品系的K为0。K和M值越小,花色越浅。‘道格’、‘雪球’、‘火焰’、1408、1409及2184花瓣边缘、中部和基部的C、M、Y、K值的变化不大,M值都较小,K值均为零,说明它们的花瓣颜色均匀,花色很浅,呈白色或近白色。‘绚丽’和‘王族’花瓣边缘、中部和基部的C、M、Y、K值的变化也不大,但M值大,K值较其他株系也大一些,这两个品种花色较深,呈玫红色。‘粉芽’、‘草莓果冻’和2176花瓣边缘的C、M、Y、K值高于中部和基部,说明它们的花瓣边缘颜色较深。而1379、1453、2164及2181花瓣的C、M、Y、K值从边缘、中部到基部逐渐降低,说明它们的花瓣颜色不均匀。2.2观赏海棠聚类分析采用表2所示测定数据对观赏海棠花色聚进行类分析,结果(图3)显示,8个现有品种与10个株系在分类距离30.70处可分为6个类群。第一类群包含‘道格’、‘雪球’、‘火焰’、1408、1409和2184,这一类的花色为白色,称为全白类。第二类群包含‘绚丽’和‘王族’,按照传统习惯称玫红类。第三类群包含‘粉芽’、‘草莓果冻’和2176,此类群花瓣边缘颜色深红,中部和基部颜色浅,称之为缘红类。第四类群包含1379、2164、1453、2182和2181,此类群花瓣颜色不均匀,有红色斑点,称为斑红类。第五类群的垂丝海棠与第六类群的2166花色较特殊,在观赏海棠中不占主流,相对较少,因此可合为一个类群,称为特殊花色类。结合观赏海棠果色的聚类分析结果(图4)及表1中果实所测数据,将8个现有品种和10个株系在分类距离19.65处分4个类群。第一类群只有‘道格’,它的果实颜色为黄绿色,且上面有白色斑点。第二类群包括‘雪球’和‘火焰’,它们果色为绿色,无斑点。第三类群包括‘绚丽’、‘粉芽’、‘王族’、‘垂丝海棠’、‘草莓果冻’、1379及2182,这一类群果色深,为紫红色。第四类群包括1408、1453、2184、1409、2166、2181、2164及2176,这一类群果色浅,橙红色,且果色不均匀。采用相同聚类方法,将18个品种和株系的叶片色聚类分析,在分类距离17.19处可分为5个类群。第一类群包括‘道格’、‘绚丽’、‘火焰’、‘粉芽’、‘垂丝海棠’及1379,它们的叶色为深绿色。第二类群包括1408、1409、2176、1453、2184、2164、2181及2166,它们叶色较浅,嫩绿色。第三类群有‘雪球’和2182,它们叶色较亮,草绿色。第四类群是‘王族’,叶色深绿中透紫红色。第五类群为‘草莓果冻’,叶色墨绿。新梢在分类距离17.71处分4个类群。第一类群包括‘道格’、‘雪球’和‘火焰’,这类新梢色浅,黄绿色。第二类群包括‘绚丽’、‘王族’、‘草莓果冻’、‘垂丝海棠’、1379、2182、2164、1453及2181,它们的新梢色为深紫红色。第三类群有1408、1409、2166、2176及2184,这一类群的新梢颜色不均匀,呈青红色。第四类群是‘粉芽’,它的新梢色呈橘红色。比较聚类分析结果和CMYK值可知,分成的类群与数字的分类是一致的,聚类分析结果与观赏海棠颜色测定结果相辅相成。这种数字分类和形态的一致性,充分说明采用CMYK值标定它们的色彩是完全准确的。3观赏海棠不同部位的色彩特性观赏植物的色彩描述一直是困扰园艺工作者的难题。前人对于观赏植物的色彩描述,常常将叶片、果实和花色与比色卡进行对比,受外界环境影响较大,同时还受人为主观影响,且色卡分得越细,这种主观影响就越大(王昆等,2005)。由于色卡的制定者不同,不同的色卡产生不同的色彩表述,更易混淆,更难把握。观赏海棠每一个品种的花、叶、果实、新梢,颜色各不相同,不准确的描述会让人很难正确的了解某一品种。研究者、应用者如无法正确获得色彩的准确概念,就会对观赏海棠的研究和应用带来限制。通过C、M、Y、K的百分比值,可以很容易的观察出现有品种与新品种的差异。比较1379与现有品种的花瓣色彩可看出,1379花瓣边缘色彩C、M、Y、K的百分比值较现有品种来说较高,说明其色彩更加鲜艳,且M的百分比值最高,其中1379花瓣边缘色彩中洋红色占98%。再比较1379花瓣不同部位的色彩,花瓣基部色彩比值较花瓣边缘和中部低,说明1379花瓣基部色彩较淡,全面反映了花瓣色彩的变化。不仅如此,如果需要可以采用任意一种输出工具,如打印机、印刷机简便、精准的把色彩还原出来,体现了这种色彩界定方法高度的一致性、可移植性和可还原性。为进一步减少误差与主观因素,本试验中,均采摘海棠树同一部位的叶片、果实和花(观赏海棠向阳面树高2/3的果实、花及长枝成熟叶片),试材的采摘数量均为30,且对这30个样本都进行了测定,测出它们每个样的C、M、Y、K值再取这30个样的平均值。在拍照时,为提高精度,采取固定的器材,固定的光源。测定取样时,选取叶片、果实、新梢叶片的中部切割,约占总面积的1/3。通过用标尺准确计算所切割试材的长度,乘以黄金分割点计算出待测色区域。测定颜色时,用吸取工具在待测色区域测定,通过101×101像素平均即得出C、M、Y、K的百分比值。最后进行聚类分析,聚类分析体现了色彩分类的准确性,从而证明了数字化色彩的可行性。本研究中,用数字来描述观赏海棠叶果花色彩,可广泛应用与不同植物色彩的测定,且不以位置的转移而产生误差,带来测定上的不方便,它可以更为科学、准确地还原植物颜色,对观赏海棠的育种和园林设计应用都具有重要的参考价值。打开PhotoshopCS3的图像颜色处理,选取CMYK色彩模式。添加所选取的叶片到选区,令纵轴在水平方向,若有偏差,可通过图像中的旋转画布调整任意角度。然后进行取样。打开视图中的显示网格,通过标尺计算选取部位。然后用矩形选取工具选取叶片的中部(叶主脉的两侧),从叶尖到叶基,用切割工具进行切割,切割面积约占叶片总面积的1/3(图1,A)。用标尺计算切割的叶长,得出的长度乘以黄金分割点0.618(从叶尖算起),从而得出待测色区域(图1,B)。用吸取工具于待测色区域中进行选取,得出颜色的平均值,用C、M、Y、K的百分比值表示叶片的颜色(图1)。1.3.2切脉处中部位切割与观赏海棠叶片取样