一種大豆葉片的光合色素測定方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本申請?zhí)峁┝艘环N大豆葉片的光合色素測定方法及系統(tǒng)，該方法及系統(tǒng)首先獲取大豆葉片的圖像；然后將該圖像分割為預設(shè)規(guī)格的若干單元；再將該若干單元構(gòu)建為單元矩陣；采集每個單元的圖像數(shù)據(jù)；根據(jù)光合色素方程和圖像數(shù)據(jù)計算得到每個單元的光合色素含量；根據(jù)每個單元的光合色素含量和單元矩陣獲得大豆葉片的光合色素分布圖。由于本方法無需將葉片進行切割然后利用化學法分別測定其光合色素含量，只是對葉片的圖像進行分析，測定速度極快，平均用時不超過20秒，從而能夠解決現(xiàn)有測定方法測定效率較低的問題。
【專利說明】一種大豆葉片的光合色素測定方法及系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請涉及農(nóng)業(yè)【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地說，涉及一種大豆葉片的光合色素測定方法 及系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 光合色素是直接反映大豆氮營養(yǎng)狀況及病蟲害發(fā)生的重要指標，在光合作用中起 到吸收、傳遞光能或引起原初光化學反應(yīng)的作用。光合色素包括葉綠素（葉綠素 a和葉綠 素 b)和類胡蘿卜素（胡蘿卜素和葉黃素），其中葉綠素是作物光合作用的主要色素，而絕大 多數(shù)葉綠素 a分子和全部的葉綠素 b分子起吸收和傳遞光能的作用，極少數(shù)特殊狀態(tài)的葉 綠素 a分子參與光化學反應(yīng)，將光能轉(zhuǎn)化為化學能，因而其含量的高低直接影響作物的光 合同化和物質(zhì)積累能力。通常光合色素可以作為氮素脅迫、光合作用能力和發(fā)育階段（特 別是衰老階段）的指示器。因此，通過分析光合色素在大豆葉片上的分布可以為作物的合 理施肥和病蟲害預防提供指導。目前，在單一作物種植或復合種植下，測定大豆的光合色素 的分布通過化學法進行，需要將大豆葉片的各部位進行切割然后利用化學法分別測定其光 合色素含量，最后形成光合色素分布圖，測定效率較低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 有鑒于此，本申請?zhí)峁┮环N大豆葉片的光合色素測定方法及系統(tǒng)，用于獲取大豆 葉片的光合色素分布圖，以解決現(xiàn)有測定方法測定效率較低的問題。
[0004] 為了實現(xiàn)上述目的，現(xiàn)提出的方案如下：
[0005] -種大豆葉片的光合色素測定方法，包括如下步驟：
[0006] 獲取所述大豆葉片的圖像；
[0007] 將所述圖像分割為預設(shè)規(guī)格的若干單元，將所述若干單元構(gòu)成單元矩陣；
[0008] 采集所述單元的圖像數(shù)據(jù)；
[0009] 根據(jù)預設(shè)的光合色素方程和所述圖像數(shù)據(jù)計算得到所述單元的光合色素含量；
[0010] 根據(jù)所述光合色素含量和所述單元矩陣獲得所述大豆葉片的光合色素分布圖。
[0011] 優(yōu)選的，所述圖像數(shù)據(jù)為RGB彩色模型數(shù)據(jù)。
[0012] 優(yōu)選的，所述光合色素包括葉綠素 a含量、葉綠素 b含量、總?cè)~綠素含量和類胡蘿 卜素含量。
[0013] 優(yōu)選的，所述光合色素方程包括：
[0014] 葉綠素 a 含量=3. 862-0. 8061n (R-B),
[0015] 葉綠色 b 含量=1. 161-0. 2381η (R-B),
[0016] 總?cè)~綠素含量=5. 023-1. 0441η(R-B),
[0017] 類胡蘿卜素含量=0· 000486 (0· 886Β-0. 229R-0. 587G) +0· 546 ;
[0018] 其中：R為所述RGB彩色模型數(shù)據(jù)中紅色的歸一化后的數(shù)值，
[0019] G為所述RGB彩色模型數(shù)據(jù)中綠色的歸一化后的數(shù)值，
[0020] B為所述RGB彩色模型數(shù)據(jù)中藍色的歸一化后的數(shù)值。
[0021] 一種大豆葉片的光合色素測定系統(tǒng)，包括照相裝置和計算裝置；
[0022] 所述照相裝置用于獲取所述大豆葉片的圖像；
[0023] 所述計算裝置用于根據(jù)所述圖像計算得到所述大豆葉片的光合色素分布圖，包 括：
[0024] 解構(gòu)單元、用于將所述圖像分割為預設(shè)規(guī)格的若干單元，將所述若干單元構(gòu)成單 元矩陣；
[0025] 采集單元，用于采集所述單元的圖像數(shù)據(jù)；
[0026] 計算單元，用于根據(jù)預設(shè)的光合色素方程和所述圖像數(shù)據(jù)計算得到所述單元的光 合色素含量；
[0027] 綜合單元，用于根據(jù)所述光合色素含量和所述單元矩陣獲得所述光合色素分布 圖。
[0028] 優(yōu)選的，所述圖像數(shù)據(jù)為RGB彩色模型數(shù)據(jù)。
[0029] 優(yōu)選的，所述大豆葉片的光合色素含量包括葉綠素 a含量、葉綠素 b含量、總?cè)~綠 素含量和類胡蘿卜素含量。
[0030] 優(yōu)選的，所述光合色素方程包括：
[0031] 葉綠素 a 含量=3. 862-0. 8061n (R-B),
[0032] 葉綠色 b 含量=1. 161-0. 2381η (R-B),
[0033] 總?cè)~綠素含量=5. 023-1. 0441η (R-B),
[0034] 類胡蘿卜素含量=0· 000486 (0· 886B-0. 229R-0. 587G) +0· 546 ;
[0035] 其中：R為所述RGB彩色模型數(shù)據(jù)中紅色的歸一化后的數(shù)值，
[0036] G為所述RGB彩色模型數(shù)據(jù)中綠色的歸一化后的數(shù)值，
[0037] B為所述RGB彩色模型數(shù)據(jù)中藍色的歸一化后的數(shù)值。
[0038] 優(yōu)選的，所述照相裝置包括：
[0039] 中空箱體，其內(nèi)壁為黑色；
[0040] 承載臺，設(shè)置在所述中空箱體內(nèi)的底部，用于承載所述大豆葉片；
[0041] 照明單元，設(shè)置在所述中空箱體內(nèi)的上部，用于對所述大豆葉片進行照明；
[0042] 拍攝口，設(shè)直在所述中空箱體的上壁；
[0043] 照相機，設(shè)置在所述中空箱體的外部，用于通過所述拍攝口獲取所述圖像。
[0044] 優(yōu)選的，還包括：
[0045] 推拉門，設(shè)置在所述中空箱體的側(cè)壁上；
[0046] 所述推拉門的邊緣設(shè)置有海綿。
[0047] 從上述技術(shù)方案可以看出，本申請?zhí)峁┝艘环N大豆葉片的光合色素測定方法及系 統(tǒng)，該方法及系統(tǒng)首先獲取大豆葉片的圖像；然后將該圖像分割為預設(shè)規(guī)格的若干單元； 再將該若干單元構(gòu)建為單元矩陣；采集每個單元的圖像數(shù)據(jù)；根據(jù)的光合色素方程和圖像 數(shù)據(jù)計算得到每個單元的光合色素含量；根據(jù)每個單元的光合色素含量和單元矩陣獲得大 豆葉片的光合色素分布圖。由于本方法無需將葉片進行切割然后利用化學法分別測定其光 合色素含量，只是對葉片的圖像進行分析，測定速度極快，平均用時不超過20秒，從而能夠 解決現(xiàn)有測定方法測定效率較低的問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0048]為了更清楚地說明本申請實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 申請的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0049] 圖1為本申請實施例提供的一種大豆葉片的光合色素測定方法的流程圖；
[0050] 圖2為本申請另一實施例提供的一種大豆葉片的光合色素測定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；
[0051] 圖3為本申請?zhí)峁┑囊环N照相裝置的結(jié)構(gòu)圖。

【具體實施方式】
[0052] 下面將結(jié)合本申請實施例中的附圖，對本申請實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例?；?本申請中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本申請保護的范圍。
[0053] 實施例一
[0054] 圖1為本申請實施例提供的一種大豆葉片的光合色素測定方法的流程圖。
[0055] 如圖1所示，本實施例提供的大豆葉片的光合色素測定方法包括如下步驟：
[0056] S101 :獲取大豆葉片的圖像。
[0057] 首先，利用照相裝置獲取大豆葉片的圖像，圖像的格式可以為jpg格式、tif格式 或bmp格式等。
[0058] S102 :構(gòu)建由若干單元組成的單元矩陣。
[0059] 將上一步驟獲取的圖像分割成若干單元，將這若干單元構(gòu)建成單元矩陣。
[0060] S103 :采集每個單元的圖像數(shù)據(jù)。
[0061] 采集每隔單元的圖像數(shù)據(jù)，該圖像數(shù)據(jù)為RGB彩色模型數(shù)據(jù)。RGB即使代表紅綠藍 三個通道的顏色，該模型為每個單元分配一個0?255之間的無量綱強度值，本實施例是將 每個單元的RGB數(shù)據(jù)除以256進行歸一化處理，得到[0,1]之間的無量綱常數(shù)，并將其作為 該圖像數(shù)據(jù)。
[0062] S104 :計算每個單元的光合色素含量。
[0063] 光合色素包括葉綠素 a、葉綠素 b、總?cè)~綠素和類胡蘿卜素,利用預設(shè)的光合色素 方程，將上一步驟獲取的圖像數(shù)據(jù)代入該光合色素方程即可得到該單元的光合色素含量。 光合色素方程如下所示：
[0064] 葉綠素 a 含量=3. 862-0. 8061n (R-B)
[0065] 葉綠色 b 含量=1. 161-0· 238ln (R-B)
[0066] 總?cè)~綠素含量=5· 〇23_1· 0441η(R-B)
[0067] 類胡蘿卜素含量=0· 000486 (0· 886B-0. 229R-0. 587G) +0· 546 ;
[0068] 其中：R為RGB彩色模型數(shù)據(jù)中紅色的歸一化后的數(shù)值，G為RGB彩色模型數(shù)據(jù)中 綠色的歸一化后的數(shù)值，B為RGB彩色模型數(shù)據(jù)中藍色的歸一化后的數(shù)值。
[0069] S105 :根據(jù)光合色素含量和單元矩陣獲得大豆葉片的光合色素分布圖。
[0070] 利用上一步驟獲取的每一單元的光合色素含量和步驟S102得到的單元矩陣得到 大豆葉片的光合色素分布圖。
[0071] 從上述技術(shù)方案可以看出，本實施例提供了一種大豆葉片的光合色素測定方法， 該方法首先獲取大豆葉片的圖像；然后將該圖像分割為預設(shè)規(guī)格的若干單元；再將該若干 單元構(gòu)建為單元矩陣；采集每個單元的圖像數(shù)據(jù)；根據(jù)的光合色素方程和圖像數(shù)據(jù)計算得 到每個單元的光合色素含量；根據(jù)每個單元的光合色素含量和單元矩陣獲得大豆葉片的光 合色素分布圖。由于本方法無需將葉片進行切割然后利用化學法分別測定其光合色素含 量，只是對葉片的圖像進行分析，測定速度極快，平均用時不超過20秒，從而能夠解決現(xiàn)有 測定方法測定效率較低的問題。
[0072] 實施例二
[0073] 圖2為本申請另一實施例提供的一種大豆葉片的光合色素測定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
[0074] 如圖1所示，本實施例提供的大豆葉片的光合色素測定系統(tǒng)包括照相裝置10和計 算裝置20。
[0075] 照相裝置10用于獲取大豆葉片的圖像。圖像的格式可以為jpg格式、tif格式或 bmp格式等。
[0076] 計算裝置20用于根據(jù)該照相裝置獲取的圖像計算得到大豆葉片的光合色素的分 布圖，該計算裝置20包括解構(gòu)單元21、采集單元22、計算單元23和綜合單元24。
[0077] 解構(gòu)單元21用于構(gòu)建由若干單元組成的單元矩陣。
[0078] 即將照相裝置10獲取的圖像分割成若干單元，將這若干單元構(gòu)建成單元矩陣。
[0079] 采集單元22用于采集每個單元的圖像數(shù)據(jù)。該圖像數(shù)據(jù)為RGB彩色模型數(shù)據(jù)。 RGB即使代表紅綠藍三個通道的顏色，該模型為每個單元分配一個0?255之間的無量綱強 度值，本實施例是將每個單元的RGB數(shù)據(jù)除以256進行歸一化處理，得到[0，1]之間的無量 綱常數(shù)，并將其作為該圖像數(shù)據(jù)。
[0080] 計算單元23用于計算每個單元的光合色素含量。
[0081] 光合色素包括葉綠素 a、葉綠素 b、總?cè)~綠素和類胡蘿卜素,利用預設(shè)的光合色素 方程，將采集單元獲取的圖像數(shù)據(jù)代入該光合色素方程即可得到該單元的光合色素含量。 光合色素方程如下所示：
[0082] 葉綠素 a 含量=3. 862-0. 8061n (R-B)
[0083] 葉綠色 b 含量=1. 161-0· 238ln (R-B)
[0084] 總?cè)~綠素含量=5· 〇23_1· 0441η(R-B)
[0085] 類胡蘿卜素含量=0· 000486 (0· 886B-0. 229R-0. 587G) +0· 546 ;
[0086] 其中：R為RGB彩色模型數(shù)據(jù)中紅色的歸一化后的數(shù)值，G為RGB彩色模型數(shù)據(jù)中 綠色的歸一化后的數(shù)值，B為RGB彩色模型數(shù)據(jù)中藍色的歸一化后的數(shù)值。
[0087] 綜合單元24用于根據(jù)光合色素含量和單元矩陣獲得大豆葉片的光合色素分布 圖。利用計算單元計算得到的每一單元的光合色素含量和解構(gòu)單元得到的單元矩陣得到大 豆葉片的光合色素分布圖。
[0088] 從上述技術(shù)方案可以看出，本實施例提供了一種大豆葉片的光合色素測定系統(tǒng)， 該系統(tǒng)包括照相裝置和計算裝置，照相裝置用于獲取大豆葉片的圖像；計算裝置包括解構(gòu) 單元、采集單元、計算單元和綜合單元，解構(gòu)單元用于將照相裝置獲得的圖像分割為預設(shè)規(guī) 格的若干單元，并將該若干單元構(gòu)建為單元矩陣；采集單元用于采集每個單元的圖像數(shù)據(jù)； 計算單元用于根據(jù)預設(shè)的光合色素方程和圖像數(shù)據(jù)計算得到每個單元的光合色素含量；綜 合單元根據(jù)每個單元的光合色素含量和單元矩陣獲得大豆葉片的光合色素分布圖。由于本 系統(tǒng)無需將葉片進行切割然后利用化學法分別測定其光合色素含量，只是對葉片的圖像進 行分析，測定速度極快，平均用時不超過20秒，從而能夠解決現(xiàn)有測定方法測定效率較低 的問題。
[0089] 圖3為本申請?zhí)峁┑囊环N照相裝置的結(jié)構(gòu)圖。
[0090] 為了適應(yīng)對大豆葉片進行照相，特提出本照相裝置，其結(jié)構(gòu)如圖3所示，該照相裝 置包括中空箱體11、承載臺111、照明單元112、拍攝口 113和照相機12。
[0091] 中空箱體11為拍攝大豆葉片提供一個不受外界光污染的小環(huán)境。
[0092] 承載臺111設(shè)置在中空箱體11內(nèi)的底部，用于放置大豆葉片；照明單元112設(shè)置 在中空箱體11內(nèi)部的上部，用于對放置在承載臺111上的大豆葉片進行照明，為了充分照 明，照明單元112可以為多個；拍攝口 113設(shè)置在中空箱體11的上壁，為一通孔；照相機12 的鏡頭通過拍攝口 113對中空箱體11內(nèi)放置在承載臺111上的大豆葉片進行拍攝以獲取 大豆葉片的圖像。
[0093] 為了方便地放置大豆葉片，在中空箱體11的側(cè)壁上設(shè)置有推拉門114,在推拉門 114的邊緣設(shè)置有海綿1141以保護農(nóng)作物。承載體可以升降，以調(diào)節(jié)大豆葉片距離照相機 12的鏡頭的距離，從而獲得更好的拍攝效果。
[〇〇94] 本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他 實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對所公開的實施例的上 述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本申請。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng) 域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本申請的 精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本申請將不會被限制于本文所示的這些 實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種大豆葉片的光合色素測定方法，其特征在于，包括如下步驟： 獲取所述大豆葉片的圖像； 將所述圖像分割為預設(shè)規(guī)格的若干單元，將所述若干單元構(gòu)成單元矩陣； 采集所述單元的圖像數(shù)據(jù)； 根據(jù)預設(shè)的光合色素方程和所述圖像數(shù)據(jù)計算得到所述單元的光合色素含量； 根據(jù)所述光合色素含量和所述單元矩陣獲得所述大豆葉片的光合色素分布圖。
2. 如權(quán)利要求1所述的光合色素測定方法，其特征在于，所述圖像數(shù)據(jù)為RGB彩色模型 數(shù)據(jù)。
3. 如權(quán)利要求1所述的光合色素測定方法，其特征在于，所述大豆葉片的光合色素含 量包括葉綠素 a含量、葉綠素 b含量、總?cè)~綠素含量和類胡蘿卜素含量。
4. 如權(quán)利要求3所述的光合色素測定方法，其特征在于，所述光合色素方程包括： 葉綠素 a 含量=3. 862-0. 8061n (R-B)， 葉綠色 b 含量=L 161-0. 2381η (R-B)， 總?cè)~綠素含量=5. 023-1. 0441η(R-B), 類胡蘿卜素含量=〇· 000486(0. 886Β-0. 229R-0. 587G)+0. 546 ; 其中：R為所述RGB彩色模型數(shù)據(jù)中紅色的歸一化后的數(shù)值， G為所述RGB彩色模型數(shù)據(jù)中綠色的歸一化后的數(shù)值， B為所述RGB彩色模型數(shù)據(jù)中藍色的歸一化后的數(shù)值。
5. -種大豆葉片的光合色素測定系統(tǒng)，其特征在于，包括照相裝置和計算裝置； 所述照相裝置用于獲取所述大豆葉片的圖像； 所述計算裝置用于根據(jù)所述圖像計算得到所述大豆葉片的光合色素分布圖，包括： 解構(gòu)單元、用于將所述圖像分割為預設(shè)規(guī)格的若干單元，將所述若干單元構(gòu)成單元矩 陣； 采集單元，用于采集所述單元的圖像數(shù)據(jù)； 計算單元，用于根據(jù)預設(shè)的光合色素方程和所述圖像數(shù)據(jù)計算得到所述單元的光合色 素含量； 綜合單元，用于根據(jù)所述光合色素含量和所述單元矩陣獲得所述光合色素分布圖。
6. 如權(quán)利要求5所述的光合色素測定系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像數(shù)據(jù)為RGB彩色模型 數(shù)據(jù)。
7. 如權(quán)利要求5所述的光合色素測定系統(tǒng)，其特征在于，所述光合色素包括葉綠素 a、 葉綠素 b、總?cè)~綠素和類胡蘿卜素。
8. 如權(quán)利要求7所述的光合色素測定系統(tǒng)，其特征在于，所述光合色素方程包括： 葉綠素 a 含量=3. 862-0. 8061n (R-B)， 葉綠色 b 含量=1. 161-0. 2381η (R-B)， 總?cè)~綠素含量=5. 023-1. 0441η(R-B), 類胡蘿卜素含量=〇· 000486(0. 886B-0. 229R-0. 587G)+0. 546 ; 其中：R為所述RGB彩色模型數(shù)據(jù)中紅色的歸一化后的數(shù)值， G為所述RGB彩色模型數(shù)據(jù)中綠色的歸一化后的數(shù)值， B為所述RGB彩色模型數(shù)據(jù)中藍色的歸一化后的數(shù)值。
9. 如權(quán)利要求5所述的光合色素測定系統(tǒng)，其特征在于，所述照相裝置包括： 中空箱體，其內(nèi)壁為黑色； 承載臺，設(shè)置在所述中空箱體內(nèi)的底部，用于承載所述大豆葉片； 照明單元，設(shè)置在所述中空箱體內(nèi)的上部，用于對所述大豆葉片進行照明； 拍攝口，設(shè)置在所述中空箱體的上壁； 照相機，設(shè)置在所述中空箱體的外部，用于通過所述拍攝口獲取所述圖像。
10. 如權(quán)利要求9所述的光合色素測定系統(tǒng)，其特征在于，還包括： 推拉門，設(shè)置在所述中空箱體的側(cè)壁上； 所述推拉門的邊緣設(shè)置有海綿。
【文檔編號】G01N21/27GK104089895SQ201410355544
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月24日
【發(fā)明者】楊峰, 楊文鈺, 張勇, 黃山, 武曉玲, 雍太文, 王小春, 劉衛(wèi)國, 劉江, 杜俊波 申請人:四川農(nóng)業(yè)大學