一种便携式植物叶片含氮量测量装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开一种便携式植物叶片含氮量测量装置，属于植物叶片含氮量检测领域。该装置包括一个安装有叶片含氮量测量软件的手持设备（4）、一块背景板（1）和一个标定色块组（2）。标定色块组（2）和被测植物叶片（3）分别置于背景板（1）上的不同位置，手持设备（4）位于背景板（1）的正上方。背景板（1）正面的颜色区别于被测植物叶片（3）颜色，标定色块组（2）固定在背景板（1）上，颜色区别于背景板（1）正面颜色及被测植物叶片（3）颜色，且颜色信息已知。该装置通过手持设备一体化完成对叶片拍照、图像处理和计算，获得叶片的含氮量，能快速、方便、现场实时地测定植物叶片含氮量。
【专利说明】一种便携式植物叶片含氮量测量装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种便携式植物叶片含氮量测量装置，属于植物叶片含氮量检测 领域。具体地说是涉及一种基于手持设备的植物叶片含氮量测量装置。
【背景技术】
[0002]氮素是植物所需宫养中最重要的和不可缺少的元素，目前对于植物氮素营养检测 的研究已经做了大量的工作，普遍的氮素营养检测方法主要包括以下方面：①土壤氮素检 测：土壤氮素的检测主要包括土壤全氮检测，有效氮检测和土壤无机氮检测。该方法成熟， 结果稳定、可靠，但操作繁琐、费时，且结果与作物生长的相关性不好；②化学方法检测：化 学方法检测是通过化学分析方法找到不同植株器官的氮素营养临界浓度来实现检测的方 法。化学方法主要有植株全氮检测和硝酸盐检测。植株全氮含量可以很好地反映作物氮素 营养状况，与作物产量也有较好的相关性，且全氮含量测定值相对比较稳定，是一个很好的 检测指标。但由于全氮检测操作繁琐，专业要求高、且工作量大，费工、费时、成本高，在推广 应用中有一定的局限性。③叶绿素仪含氮量检测：叶绿素计法将植物叶片插入叶绿素计测 定部位感光后读出叶绿素值(叶色值)，根据与植株含氮量的关系确定氮素诊断的叶色值。 叶绿素计具有体积小、重量轻、携带方便、测定方法简单、不损伤植被、检测准确等特点已被 广泛应用。④氮营养失调的外观检测：氮营养失调的外观检测主要包括症状检测、长势长相 检测和叶色检测。氮营养失调的外观检测主要包括症状检测、长势长相检测和叶色检测。 [000 3]准确、快速、及时地对作物氮营养状况做出判断是氮肥合理施用的基础，也是植物 营养工作者一直研究的热点课题之一。作物在生长发育过程中对氮素的需求较大，缺氮会 直接影响作物的生长和产量，然而氮肥施用过多又会造成肥料利用率下降、作物品质降低， 地下水污染和温室气体排放等问题。准确掌握植株的营养状况，才能更合理地进行肥料投 入，防止肥料浪费和对环境的污染。因此，开发一个简便、快速、准确的营养诊断设备已成为 当务之急。
【发明内容】
[0004] 本实用新型旨在提供一种便携式植物叶片含氮量测量装置，以提高植物叶片含氮 量测量的速度、精确度、现场实时性和便携性。本实用新型是基于现有手持设备的硬件平台 和软件平台，利用手持设备具有的拍照、存储、图像处理、统计分析等功能实现植物叶片含 氮量测量。
[0005] 一种便携式植物叶片含氮量测量装置，包括有一个手持设备、一块背景板和一个 标定色块组。拍照时手持设备位于背景板的正上方；手持设备具有拍照、存储、图像处理、统 计分析、人机交互和显示功能。
[0006] 所述背景板为一个纯色不透明平板，其正面的颜色区别于被测植物叶片颜色和标 定色块组各色块的颜色；标定色块组固定在背景板的正面。
[0007] 所述标定色块组由多个不同颜色的纯色色块构成；标定色块组各色块的颜色不同 于背景板和被测植物叶片，且标定色块组各色块的颜色特征信息已知。
[0008] 一所述的手持设备安装有植物叶片含氮量测量软件包括交互界面和算法实现程序； 该软件采用Java面向对象的编程方法实现，为现有技术。
[0009]本实用新型的一种便携式植物叶片含氮量测量装置使用说明：
[0010]利用本实用新型的一种便携式植物叶片含氮量测量装置测量叶片含氮量时，按以 下步骤实现：
[0011] (1)选择拍摄背景与标定色块组：选择一块被测植物叶片颜色相区别的纯色不透 明平板作为背景板；在背景板上固定一个标定色块组，标定色块组的每一个色块的颜色为 纯色，且不同于背景板和被测植物叶片，且颜色信息已知；
[0012] (2)植物叶片图像的采集：将被测植物叶片放在背景板正面,且与标定色块组的位 置临近。通过运行安装在手持设备中的软件调用摄像头进行拍摄，采集在背景板区域内，包 含被测植物叶片和标定色块组在内的完整的图像，并将图像保存在手持设备的存储卡中。 [0013] ( 3)植物叶片图像特征信息的提取：在手持设备中通过数字图像处理程序提取植 物叶片区域的颜色特征信息。植物叶片图像特征提取包括以下步骤：通过图像滤波、图像 色彩校正、图像裁剪和图像分割，将植物叶片区域从背景中分割；通过遍历被测植物叶片区 域，统计植物叶片区域的颜色特征信息； t〇〇14] (4)植物叶片含氮量的计算：根据已经建立的植物叶片含氮量与植物叶片颜色特 征信息的数学模型，计算植物叶片含氮量。
[0015] 上述步骤中图像处理包括图像滤波，图像滤波可以减少和消除图像中的"噪音"， 以改善图像质量。本步骤中采用线性滤波法。线性滤波的算法如下：
[0016] ①分别于每一个通道下，从左到右，从上到下顺序遍历图像的每一个像素（不 j);
[0017] ②把模板算子的中心与该输入像素 Cr，7)重叠，把该像素与模板进行卷积运算， 把运算的结果作为输出图像在该通道下对应像素的灰度值；
[0018] ③如果所有像素都处理完毕，则算法结束，否则转向①。
[0019] 上述步骤中图像处理包括图像色彩校正，图像色彩校正可以减少CMOS摄像头在 自然光条件下拍摄图像过程中由于光照和硬件自身非线性畸变造成的图像色彩畸变。本步 骤中采用基于标定色块组的图像色彩校正。基于标定色块组的图像色彩校正的算法如下：
[0020] ①通过阈值分割图像中的标定色块组中的灰度色块，遍历灰度色块区域，分别统 计R通道的均值、、G通道的均值和B通道的均值<5?^。
[0021] ②求出和1%I的均值^，并分别求出RGB三通道的灰度校正系数 綠..、％:和，氧。
[0022]
【权利要求】
1. 一种便携式植物叶片含氮量测量装置，其特征在于：包括一个手持设备（4)、一块背 景板（1)和一个标定色块组（2);拍照时手持设备（4)位于背景板（1)的正上方；手持设备 (4)具有拍照、存储、图像处理、统计分析、人机交互和显示功能； 所述背景板（1)为一个纯色不透明平板，其正面的颜色区别于被测植物叶片（3)颜色 和标定色块组（2)各色块的颜色；标定色块组（2)固定在背景板（1)的正面； 所述标定色块组（2)由多个不同颜色的纯色色块构成；标定色块组（2)各色块的颜色 不同于背景板（1)和被测植物叶片（3 )。
【文档编号】G01N21/25GK204086125SQ201420461864
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年8月16日 优先权日:2014年8月16日
【发明者】郭文川, 周超超, 韩文霆 申请人:西北农林科技大学