大豆叶片叶绿素含量与颜色特征的关系

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1、大豆叶片叶绿素含量与颜色特征的关系费丽君，蔡月芹（黑龙江八一农垦大学信息技术学院，黑龙江大庆１６３３１９）摘要：田间作物最重要的特征指标就是叶色，其能够直观地反映出叶绿素含量的变化、作物生长过程中的光合作用、养分情况及水分含量等栽培信息，为田间的作物管理、苗的生长情况的诊断和根据苗的肥力情况提供重要依据。以大豆的叶片为研究材料，测定了叶片的叶绿素含量，利用数字图像处理技术提取了叶片的颜色特征值。结果表明，叶绿素含量与颜色特征参数具有一定的相关性，并建立了与叶绿素之间的联系。..关键词：数字图像处理；叶绿素；颜色特征；大豆叶片中图分类号：ＴＰ３９１

2、．４１文献标识码：A：0439－８114（２０15）04－0967-03DOI:10.14088/j.ki.issn0439-8114.2015.04.051收稿日期：２０１４－０４－１７基金项目：黑龙江省教育厅项目（１２５４１５９２）简介：费丽君（１９７９－），女，黑龙江大庆人，讲师，硕士，主要从事数字图像处理研究，（）１３９４５６２２６６５（电子信箱）ｆｅｉｌｉｊｕｎ１９７９＠１６３．ｃｏｍ。田间作物在不同生长期间，其颜色也是随着生育期的变化而变化的，所以颜色是反映作物长势的重要信息。由于不同的光照、土壤成分、群体结构等因素对作物的生长发育都

3、有一定的影响，这些影响主要体现在作物不同部位的颜色不同［１］。作物整个生长发育期间都在大田里，通常有两种方法采集作物相关信息，其一是通过肉眼观察作物的颜色等特征，凭着以往的经验来判断作物的生长状况；另一种是将不同地块间的作物取样回来，进行实验室处理，通过化学手段来进行分析，获取各种所需要的参数值［2-4］。近年来，数字图像处理技术已经在农业方面有所应用，并且已经对农作物的某些参数指标具有一定的指导意义，同时这也是一种新兴的手段来监测作物的生长信息［5-9］。本研究利用数字图像处理对大豆叶片的图像进行处理，然后提取颜色特征值，分析了其与大豆叶片叶绿

4、素含量的关系，为快速、准确地测定大豆叶片叶绿素含量提供了有效的方法，也为能够掌握大豆生长状况的实时监测提供了保障。１大豆叶片叶绿素含量的测定本研究采用Ｍｉｃｒｏｖｉｓｉｏｎ工业摄像头进行实地拍摄，拍摄单片叶静态数字图像以及地面其他数据，采集均在大豆初期。叶绿素浓度采用澳作生态仪器有限公司的ＣＣＭ－２００型叶绿素计测定，每个叶片测５次，计算叶绿素均值，测定结果如表１所示。２大豆叶片颜色特征的提取２．１图像的预处理本研究开发了大豆叶片图像分析与处理系统，通过中值滤波方法对图片进行处理。中值滤波窗口一般有像素为３、５、７等几种正方形，经过分析表明，３×

5、３窗口滤波效果更好。滤波如图１所示，左图为原图像，右图为中值滤波后的图像。２．２图像颜色特征的提取利用自行开发的大豆叶片图像分析与处理系统的颜色特征提取模块，提取颜色特征值红（Ｒ）、绿（Ｇ）、蓝（Ｂ），色调（Ｈ）、亮度（Ｉ）、饱和度（Ｓ）各个均值及各自标准差如图２所示，所提取的颜色特征值分别如表２和表３所示。根据以上所获得的参数，进一步进行数学变换得到Ｒ／（Ｇ＋Ｂ）、Ｇ／（Ｒ＋Ｂ）、Ｒ／（Ｒ＋Ｇ＋Ｂ）、Ｇ／（Ｒ＋Ｇ＋Ｂ）、Ｒ／Ｇ、Ｒ／Ｂ、Ｇ／Ｂ、Ｇ／Ｒ、Ｂ／Ｒ、Ｂ／Ｇ、２Ｇ－Ｒ、２Ｇ－Ｂ、２Ｇ－Ｒ－Ｂ，将变换后所得到的值与所测得的叶绿素含量进行数

6、学分析，利用Ｅxcel的回归分析功能，得出叶绿素含量与２Ｇ－Ｒ－Ｂ呈显著相关，相关系数为０．８６４，相应的回归方程如图３所示。３小结与讨论１）运用颜色特征值对大豆叶片叶绿素含量估测的可行性。各种植物通常是绿色的，而其冠层能反映叶片的绿色状况，这些绿色状况与叶片的叶绿素含量相关，叶片的绿色是通过光合作用产生的。因此，叶绿素含量与太阳光的吸收和反射状况有关系。对于可见光的吸收和反射的数量多少，会直接影响着叶片的叶绿素含量。这些都是能够利用数字图像处理来获取叶片颜色特征参数，从而获得大豆叶片与其他作物叶片的叶绿素含量比较的生理基础。在研究大豆叶片之前，

7、很多学者已经获得了很好的成果，像Ａｄａｍａｅｎ等［１］与贾良良［3］都是利用数字图像处理技术获得参数与叶绿素建立相关关系，从而得到不同参数与叶绿素含量呈明显相关。本研究表明，数字图像所获取的绿色、蓝色、红色通过计算得出２Ｇ－Ｒ－Ｂ与叶绿素呈显著相关，为利用颜色参数进一步研究其与产量预测打下了一定的基础。２）各种因素对颜色特征值的影响。在试验地里读取数据时，难免会受到天气的变化的影响，因为天气的变化会引起叶片的化学成分含量的微小变化，但这些微小的变化用肉眼是看不出来的。但通过对于图像的处理与分析便可以从中发现，颜色特征值会因为化学成分含量微小变化而

8、引起变化，但是这些对于研究人员的最终结果影响并不大。另外，温度的高低、风力的强弱、湿度的大小均会影响叶片叶绿素含量的变化，也会影响对阳光