专利名称：一种平面叶片面积无损测量系统及其方法
技术领域：
本发明涉及平面面积测量技术领域，特别是一种使用单幅图像，进行平面叶片面积无损测量系统及其方法。
背景技术：
叶片面积是作物栽培和育种操作的常用指标之一，也是农作物产量和品质的重要评价指标。关于叶片面积的测量一直是农业领域中的热点之一。现有的传统叶面积测量方法，包括利用方格板测量叶面积法、利用叶重量估计叶面积法、利用回归方程计算叶面积法，分别存在着操作复杂费时、破坏叶片和单个叶片测量误差大的缺点。而利用进口的叶面积仪测定叶面积，虽然操作简单快速，结果准确，但是价格昂贵，不适宜普遍推广应用。
一种替代方法是使用扫描仪将叶片进行扫描，然后计算叶片面积，但是这种方法只能进行破坏性测量。
发明内容
本发明的目的在于无特殊昂贵的扫描仪器的条件下，准确、快速地对单个叶片进行面积测量和分析，从而获得相关的叶片面积、叶片周长、叶片长度、叶片宽度和叶片长宽比等相关参数。本发明的目的旨在为用户提供一个价格便宜、操作简单、测量结果准确的叶片面积测量系统。
本发明使用自行设计的印刷电路板(PCB)作为标定板，通过单幅图像，进行处理，从而计算得出叶片面积。不需要相机定标和图像匹配这些可以带来误差的步骤。同时由于系统构成所用的部件，使得其成本得到控制。在保证成本的同时，系统可以达到0.5％的重复测量精度，满足了绝大部分的测量需要。
XuObXvOb1000-XuOb·XtIm-XuOb·XtIm000XuObXvOb1-XjIm·XuOb-XjIm·XvOb·m11m12m13m21m22m23m31m32=XtImXjIm]]>图像校正单元计算射影矩阵公式。其中(xuOb，xvOb)的物体坐标，(xiIm，xjIm)是对应的像素坐标，公式给出了这两个点之间的射影关系。给出4个(xuOb，xvOb)，(xiIm，xjIm)对，就可以求解(m11，m12，m13，m21，m22，m23，m31，m32)。考虑到误差的因素，用户可以给出多于4个(xuOb，xvOb)，(xiIm，xjIm)对，图像校正单元会采用SVD方法求出最优的(m11，m12，m13，m21，m22，m23，m31，m32)。所以用户要建立是用户配置文件，在其中中给出(xuOb，xvOb)，并且在图像中选取对应的(xiIm，xjIm)。
xiIm=m11·XuOb+m12·XνOb+m13m31·XuOb+m32·XνOb+1]]>xjIm=m21·XuOb+m22·XνOb+m23m31·XuOb+m32·XνOb+1]]>图像坐标和物体坐标的关系，其中，(xiIm，xjIm)是像素坐标，(xuOb，xvOb)是物体坐标，(m11，m12，m13，m21，m22，m23，m31，m32)是图像校正单元计算出的8个常数。对于图像上的每个像素，这个公式给出了其在标定板上的坐标系上的真实坐标。
技术方案本发明的目的是通过下述技术方案实现的该系统包括图像采集单元，图像校正单元，叶片图像分割单元，叶片面积计算单元。
通过图像采集装置得到附着在标定板上的平面叶片图像，对于拍照的数码相机没有特定的要求。
图像校正装置根据图像和标定板上的同名点，计算出图像上的像素和实际物体的射影对应关系。
叶片图像分割装置将叶片的图像从背景中分离出来。
叶片面积计算装置根据射影对应关系，计算出校正后的叶片图像的面积。
图像采集模块由标定板、相机、相机控制软件模块组成，图像校正单元、叶片图像分割单元、叶片面积计算单元为软件模块，集成在一个单元，其中，图像采集单元，图像校正单元，叶片图像分割单元，叶片面积计算单元，上述单元依次顺序连接。
一种平面叶片面积无损测量方法，其步骤如下通过图像采集单元得到附着在标定板上的平面叶片图像；图像校正单元根据图像和标定板上的同名点，计算出图像上的像素和实际物体的射影对应关系；叶片图像分割单元将叶片的图像从背景中分离出来；叶片面积计算单元根据射影对应关系，计算出正射校正后的叶片图像的面积。
图1是标定板及所拍摄的照片图。
图2是本发明的平面叶片面积无损测量系统图。
图3是本发明的平面叶片面积无损测量方法流程图。
具体实施例方式
图1是标定板及所拍摄的照片，图中为待测叶片附着在标定板上。
图2平面叶片面积无损测量系统包括图像采集装置，图像校正装置，叶片图像分割装置，叶片面积计算装置。其中，图像采集单元，图像校正单元，叶片图像分割单元，叶片面积计算单元，上述单元依次顺序连接。
图3平面叶片面积无损测量方法的具体操作过程为
(1)将待测量的叶片附着在标定板上，展平，使用数码相机拍摄一幅标定板图像；(2)用户建立与图像同名点对应的物体坐标文件；(3)装入图像和对应的同名点文件；(4)用户通过3种方法进行叶片图像的分割RGB(红、绿、蓝)色彩空间分割用户指定种子像素和容差，叶片图像分割单元会自动从种子像素开始，把和种子像素颜色相近并且拓扑上具有相邻关系的像素分离出来；HSI(色度、饱和度、亮度)色彩空间分割方法同RGB色彩空间分割，只是色彩空间的选区为HSI空间。
多边形分割用户使用多边形框住叶片图像，叶片图像分割单元会自动对多边形内部进行填充，分割出叶片图像。
(5)用户通过软件用户界面，进行图像正射校正；(6)用户通过软件用户界面，进行叶片面积计算。
平面叶片面积无损测量方法，可以采用三种不同的方法及其组合分割出叶片图像，从而得到精确的叶片面积结果。
发明特点本系统是通过单幅图像，对于平面叶片面积进行无损测量的系统，其特点是1、通过单幅图像进行平面叶片面积测量，避免了相机定标和图像匹配，减小了误差。
2、由于系统的构成没有使用昂贵的器件，因此整个系统的硬件成本控制在300元以内。
3、使用印刷电路板及其上面的丝网层作为标定的尺度，由于其自身的精度，保证了系统的精度。
4、采用多种图像分割的方法组合分割叶片图像，保证了计算的精度。
5、用先计算，后校正的方法，系统具有可扩展性，不仅可以精确计算平面叶片面积，而且可以在图像上直接测量出长度，角度等几何量。
权利要求
1.一种平面叶片面积无损测量系统，其特征在于该系统包括图像采集单元，图像校正单元，叶片图像分割单元，叶片面积计算单元，通过图像采集单元得到附着在标定板上的平面叶片图像，图像校正单元根据图像和标定板上的同名点，计算出图像上的像素和实际物体的射影对应关系，叶片图像分割单元将叶片的图像从背景中分离出来，叶片面积计算单元根据射影对应关系，计算出正射校正后的叶片图像的面积，图像采集模块由标定板、相机、相机控制软件模块组成，图像校正单元、叶片图像分割单元、叶片面积计算单元为软件模块，集成在一个单元，其中，图像采集单元，图像校正单元，叶片图像分割单元，叶片面积计算单元，上述单元依次顺序连接。
2.一种平面叶片面积无损测量方法，其步骤如下通过图像采集单元得到附着在标定板上的平面叶片图像；图像校正单元根据图像和标定板上的同名点，计算出图像上的像素和实际物体的射影对应关系；叶片图像分割单元将叶片的图像从背景中分离出来；叶片面积计算单元根据射影对应关系，计算出正射校正后的叶片图像的面积。
3.根据权利要求2的平面叶片面积无损测量方法，其具体步骤如下(1)将待测量的叶片附着在标定板上，展平，拍摄一幅标定板图像；(2)用户建立与图像同名点对应的物体坐标文件；(3)装入图像和对应的同名点文件；(4)用户通过3种方法进行叶片图像的分割；(5)用户通过软件用户界面，进行图像正射校正；(6)用户通过软件用户界面，进行叶片面积计算。
4.根据权利要求3的平面叶片面积无损测量方法，其特征在于，可以采用三种不同的方法及其组合分割出叶片图像，从而得到精确的叶片面积结果。
5.根据权利要求3或4的平面叶片面积无损测量方法，其特征在于，步骤(4)的叶片图像的分割包括RGB色彩空间分割用户指定种子像素和容差，叶片图像分割单元会自动从种子像素开始，把和种子像素颜色相近并且拓扑上具有相邻关系的像素分离出来；HIS色彩空间分割方法同RGB色彩空间分割，只是色彩空间采用HSI空间；多边形分割用户使用多边形框住叶片图像，叶片图像分割单元会自动对多边形内部进行填充，分割出叶片图像。
全文摘要
本发明涉及平面面积测量技术领域，特别是一种使用单幅图像，进行平面叶片面积无损测量的系统及其方法。系统包括图像采集单元，图像校正单元，叶片图像分割单元，叶片面积计算单元。方法包括通过图像采集单元得到附着在标定板上的平面叶片图像；图像校正单元根据图像和标定板上的同名点，计算出图像上的像素和实际物体的射影对应关系，并且对图像进行正射校正；叶片图像分割单元将叶片的图像从背景中分离出来；叶片面积计算单元根据射影对应关系，计算出正射校正后的叶片图像的面积。
文档编号G01B11/28GK1952599SQ20051008664
公开日2007年4月25日 申请日期2005年10月20日 优先权日2005年10月20日
发明者滕军, 胡包钢 申请人:中国科学院自动化研究所