一种水稻单蘖图像采集装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及水稻株形精确数量描述所需数据采集和加工的装置及方法，尤其是水稻单蘖图像采集装置及水稻叶脉曲线和叶角精确提取方法。
【背景技术】
[0002]我国水稻产量曾有两次突破，一是水稻高杆改矮杆，二是矮杆水稻改杂交水稻，矮杆品种比高杆品种增产、杂交稻比矮杆品种增产，其共同本质是株型改良。株型改良进程分为两个阶段，第一阶段是矮化育种，第二阶段是理想株型育种，想株型育种的发展方向是形态与机能兼顾，理想株型与优势利用相结合。
[0003]广义的株型是指综合的生物学性状的组配形式及其整体表达，它不仅包括植株的形态特征、空间排列方式，而且包括与群体光能利用直接相关联的某些机能性状，如生育期、光合特性、库源流协调性、谷草比、休眠性、抗逆性、需肥性、分典性等等。狭义的株形系指植物体的形态特征、空间排列方式以及各性状之间的关系，如植株高矮、分蘖集散、叶片的长短、宽窄及角度、穗形、个体在群体中的排列方式及其几何结构等。株形系指植物体的形态特征、空间排列方式以及各性状之间的关系，如植株高矮、分蘖集散、叶片的长短、宽窄及角度、穗形、个体在群体中的排列方式及其几何结构等。
[0004]株型模拟是对作物的形态特征、空间排列方式以及各性状之间的关系，如植株高矮、分蘖集散、叶片的长短、宽窄及角度、穗形、个体在群体中的排列方式及其几何结构的模拟。株型模拟的基础是株型模型。株型模拟的目的在于为理想株型的选择，田间管理提供理论支持。
[0005]目前株型模拟使用的主要信息是水稻冠层垂直空间的叶面积分布和光分布。提取更丰富的株型信息，能为理想株型提供多角度的研宄，有利于提高模型的有效性。叶脉曲线模拟的研宄不少见，如石春林(石春林.水稻形态建成模型及虚拟生长研宄[D].南京:南京农业大学，2006.)、郭炎(郭炎，李保国.玉米冠层的数学描述与二维重建研宄，应用生态学报，1999，10(1):39-41)等都研宄，然而叶脉曲线数据采集及基于叶脉曲线数据确不曾见。叶角测量的方法和装置比较多，以往简易测量水稻叶面积的方法主要有:测定叶片角度一般采用直接测量法、作图法及斜点样方法。直接测量法是用量角器直接测定，精确性较差；作图法是将叶枕和叶尖位置画在纸上，然后用量角器测定，比较准确但测定速度慢，不适于大量测定；斜点样方法需要特制的工具及复杂的计算，比较抽象难以普及。此外，要同时测定基角、开张角及披垂度，用上述方法也是困难的。徐正进(徐正进，董克.水稻叶片基角，开张角和披垂度的同时测定方法[J].沈阳农业大学学报，1991，22(2):185-187.)设计出可以同时测定叶片基角、开张角和披垂度的测定板是角度简化了叶角的测量，然而，它并不能提供更多的叶脉曲线的信息，而且测量的简便快捷也有待进一步改进。为此，我们设计本实用新型提取水稻叶脉曲线和叶角的图形处理系统，方便、快捷、高效、精确地获取水稻叶脉曲线和叶角。【实用新型内容】
[0006]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种方便、快捷、高效、精确地获取水稻叶脉曲线和叶角所需的硬件和软件，
【发明内容】
包括。
[0007]为解决上述技术问题，本实用新型提供的水稻单蘖图像采集装置，其特征在于包括摄像头(1)、支架(2)、背景板(3)、计算机(4)、摄像头固定装置(5)、调节板器(6)、茎杆固定装置(7)、校验纸(8)组成；支架(2)由木料制成，支架(2)的底座一端呈T形，另一端呈十字形，十字形上部是竖杆；摄像头(I)通过摄像头固定装置(5)固定在支架(2)竖杆上，并通过选择固定的位置调节摄像头的高度；背景板(3)是为黑色的木板，茎杆固定装置(7)是一块带有铁簪的木块，拍摄图像时茎杆插在铁簪上；调节板(6)可置于支架(2) T形端和背景板(3)之间以调节摄像头与背景板(3)的距离；摄像头(I)为高清网络摄像头直接连接在计算机(4)上，通过摄像头(I)自带的软件拍摄水稻分蘖图像；校验纸(8)是一张描有黑色等距网格点的白纸。
[0008]为解决上述技术问题，本实用新型还提供一种水稻单蘖图像采集装置拍摄单蘖图像的过程，其包括如下步骤:
[0009]I)根据单蘖的大小高矮，调整摄像头固定在支架(2)竖杆的位置和增减调节板(6)的个数以调节摄像头(I)的高度及摄像头(I)与背景板(3)的距离，连接摄像头与计算机，启动图像拍摄软件，调节好拍摄参数；
[0010]2)将校验纸(8)平放在背景板(3)前，拍摄校验纸(8)的图像，然后将校验纸(8)移走；
[0011]3)固定装置，依次从稻株上取下单蘖，将茎杆插在铁簪上，控制拍摄软件拍摄分蘖的图像。
[0012]为解决上述技术问题，本实用新型还提供一种从水稻单蘖图像采集装置拍摄的校验纸图像和水稻单蘖图像提取水稻叶脉曲线和叶角的方法，其包括如下步骤:
[0013]I)像素变换方程:处理校验纸(8)的图像，获得像素点的位置与实际坐标转化方程;
[0014]2 )预处理水稻分蘖图像:读取水稻分蘖图像，对水稻分蘖图像依次做灰度化，二值化，腐蚀，膨胀处理；
[0015]3)茎杆、叶片标记:标记茎杆，叶片提取茎杆像素坐标；
[0016]4)像素点位置坐标变换:利用水稻单蘖图像采集装置拍摄单蘖图像的过程步骤
I)获得的像素点的位置与实际坐标的转化方程对叶片像素点的位置进行坐标变换，得到茎杆、叶片像素点实际坐标；
[0017]5)像素点实际坐标旋转:由于拍摄水稻分蘖图像时，放置水稻茎杆方式不同，水稻茎杆基部不一定是竖直的，所以需要做坐标旋转，通过对茎杆、叶片像素点实际坐标做坐标旋转使得茎杆基部平行于实际坐标的纵坐标轴；并通过坐标变换使得茎杆基部端点为坐标原点，茎杆在纵坐标轴上，这时像素点的横坐标即为改点到茎杆端点的水平距离，纵坐标即为改点到茎杆端点的竖直距离；根据叶尖和叶结像素点的坐标可以计算叶片的披垂角；
[0018]6)叶脉曲线拟合:叶片像素点的实际坐标通过拟合得到叶脉曲线方程；
[0019]7)叶基角的计算:求叶脉曲线拟合基部一段的平均斜率可以的到叶基角的近似值；
[0020]8)开张角的计算:开张角=披垂角-叶基角；
[0021]9)文件存储:重复提取水稻叶脉曲线和叶角的方法所述的步骤2) _8)，处理完整株单蘖图像后，将数据保存到Excel文件。
[0022]提取水稻叶脉曲线和叶角的方法所述步骤6)的叶脉曲线拟合使用的是多项式参数方程拟合，以叶片上的点到叶片结点的长度为参数，点横坐标和纵坐标为因变量。
【附图说明】
[0023]图1本实用新型的系统结构总示意图。
[0024]图2本实用新型提取水稻叶脉曲线和叶角的主要功能模块。
[0025]图3本实用新型提取水稻叶脉曲线和叶角的主要步骤。
[0026]图4本实用新型测量叶基角与量角器直接测量叶基角精度对比图。
[0027]图5本实用新型测量披垂角与量角器直接测量披垂角精度对比图。
[0028]图6本实用新型处理单蘖图像效果的直观图。
【具体实施方式】
[0029]水稻单蘖图像采集装置及水稻叶脉曲线和叶角精确提取方法，包括图像拍摄装置和基于图像分析的水稻叶脉曲线和叶角的提取。本实用新型的主要实施步骤包括:图像拍摄装置及组装；水稻单蘖图像拍摄；水稻叶脉曲线和叶角的提取。下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。
[0030]一、图像拍摄装置及组装。
[0031]如图1所示，本实用新型提供的单蘖图像采集装置包括包括摄像头(1)、支架(2)、背景板(3)、计算机(4)、摄像头固定装置(5)、调节板器(6)、茎杆固定装置(7)、校验纸(8)组成；支架(2)由木料制成，支架(2)的底座一端呈T形，另一端呈十字形，十字形上部是竖杆；摄像头(I)通过摄像头固定装置(5)固定在支架(2)竖杆上，并通过选择固定的位置调节摄像头的高度；背景板(3)是为黑色的木板，茎杆固定装置(7)是一块带有铁簪的木块，拍摄图像时茎杆插在铁簪上；调节板(6)可置于支架(2)T