植物叶片几何参数测量研究与应用

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1、西南科技大学研究生学位论文植物叶片几何参数测量研究与应用年级2013姓名康宇申请学位级别硕士专业计算机科学与技术指导教师陈念年副教授ClassifiedIndex:TP391.41U.D.C:620.191SouthwestUniversityOfScienceandTechnologyMasterDegreeThesisResearchandApplicationofPlantLeafGeometricParametersMeasurementGrade:2013Candidate:KangYuAcademicDegreeAppliedfor:

2、MasterSpeciality:ComputerScienceandTechnologySupervisor:ChenNiannianApril,2016独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研巧成果。尽我所知，除了文中特别加站标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的硏充成果，也不包含为获得西南科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料一。与我同工作的同志对本硏究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。：曰期签名；＾？关于论文使用和授权的说明本

3、学位论文作者完全了解学校有关保存、使用学位论文的规定，目Ｐ：研巧生在西南科技大学学习和工作期间论文工作的知识产巧单位属于西南科技大学。同意授权西南科技大学保留并向国家有关部口或机构送交该论文的印刷本和电子版本，允许该论文被查阅和借阅。同恵授权西南科技大学可Ｗ将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、编印、扫描或数字化等其他复制手段保存和汇编本学位论文。保密论文在解密后遵守此规定。签名：：：导师签名曰期，ＩａＶ备．＾表子西南科技大学硕士研究生学位论文第I页摘要植物叶片几何参数的测量可用于监测植物的生

4、长状况，有利于指导农业生产和农学或植物生理学的研究。传统对植物叶片几何参数进行测量的手段有九宫格法、称重法、系数法、叶面积仪、游标卡尺法、厚度传感器等，具有操作繁琐、依赖于人眼观测、价格昂贵、精度较低、接触式测量、易损坏叶片等缺点。因此，本文主要针对自动化、精密、非接触式无损的叶片几何参数测量方法进行研究，包括基于图像处理的二维几何参数测量方法，以及基于表面三维形貌恢复的厚度测量方法，仅用由激光器、CCD相机等成本较低的设备组成的简单装置，就可高精度的完成测量工作。主要完成的内容如下：（1）为了解决基于灰度图像处理的参数测量方法难以区分复杂背景、

5、叶片及叶片内部区域等问题，研究了彩色图像分割算法。分析对比RGB、YIQ、YCbCr、HSI、Lab这5种彩色空间模型，提取可突出背景、叶片及叶片内部区域之间颜色差异的色彩因子分量图像。对颜色分量图像进行分割、形态学操作、面积滤波、孔洞填充等处理，获取植物叶片目标及其内部区域。最后在植物叶片二值图像中，利用参数测量方法计算目标区域的二维几何参数。（2）在传统激光三角法的基础上，设计基于双光路激光三角法的植物叶片厚度测量系统。点激光入射至植物叶片表面，表面散射的光被CCD相机接收，形成激光光斑图像，叶片表面形貌相对于参考平面的高度变化，可直接反映为

6、图像中激光光斑中心的偏移。通过抗噪能力较强的灰度重心法精确提取激光光斑的亚像素中心，计算植物叶片表面与参考平面对应的光斑中心偏移量，然后根据激光三角法的光学几何公式，可恢复出植物叶片某一表面的三维形貌。最终利用双光路的激光三角法，计算出植物叶片上下表面的三维形貌差值，即可获得植物叶片每一点的厚度。（3）以仙人掌叶片为研究对象，搭建硬件实验平台，测量其二维几何参数，并与真实值进行分析对比。然后在植物叶片采集系统中添加激光器、运动平台等设备，获取激光光斑图像，通过激光三角法恢复叶片表面三维形貌，进而得到植物叶片9块不同区域的厚度。实验表明，在存在光学

7、系统误差及人为引入误差的条件下，二维参数测量值与真实值偏差小于2mm，厚度测量值与真实值的均方根误差约为0.3mm，精度较高。关键词：叶片几何参数测量彩色图像分割激光三角法光斑中心提取西南科技大学硕士研究生学位论文第II页AbstractGeometricparametersmeasurementofplantleafcanbeusedformonitoringthegrowthconditionoftheplant,anditishelpfultoguidetheagriculturalproductionandresearchontheagr

8、onomicorplantphysiology.Traditionalmeasurementmeansofgeometricparame