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。
[0032]二、水稻分蘖图像拍摄。
[0033]利用本实用新型提供的图像拍摄装置拍摄水稻分蘖的过程包括如下步骤:
[0034]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；
[0035]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；
[0036]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。
[0037]利用本实用新型提供的图像拍摄装置拍摄水稻单蘖图像时应该注意:将茎杆插在铁簪上，控制拍摄软件拍摄分蘖的图像时，通过调整叶片的方位角，使单蘖的所有叶片平展在背景板前，并尽量保证叶曲线跟自然状态一致；图像拍摄过程保持摄像头的位置不改变，若需要调整支架调节器，则需拍摄新的校验纸图像。
[0038]三、水稻叶脉曲线和叶角的提取。
[0039]如图2所示，利用本实用新型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参数的整个处理过程由matlab图形用户界面编程实现，提取水稻叶脉曲线和叶角参数的主要功能模块包括:
[0040]其主要模块包括:
[0041]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；像素点的位置(i，j)与实际坐标(x, y)转化方程使用二元二次函数-X=B1=KiWb1=Ki=Kj^c1^j^+d^i+ei^J+fi，y=a2*i2+b2*i*j+c2*j2+d2*i+e2*j+f2，参数通过拟合得到，目标为变换后校验纸(8)图像上相邻黑点之间的距离与实际最接近；
[0042]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；
[0043]3)茎杆、叶片标记:标记茎杆，叶片提取茎杆，叶片的像素坐标；
[0044]4 )像素点位置坐标变换:利用像素变换方程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；
[0045]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平行于实际坐标的纵坐标轴；并通过坐标变换使得茎杆端点为坐标原点，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；
[0046]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；
[0047]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；
[0048]8)开张角的计算:开张角=披垂角-叶基角；
[0049]9)文件存储:处理完所有的叶片图像后，将数据保存到Excel文件。
[0050]如图3所示，利用本实用新型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参数的整个处理过程由matlab图形用户界面编程实现，提取水稻叶脉曲线和叶角参数的主要步骤包括:
[0051]使用软件处理图像时，主要步骤包括:
[0052]I)校验设置:读入校验纸图像，处理校验纸的图像，获得像素点的位置与实际坐标转化方程；
[0053]2)图像文件读入:将图像处理的文件读入系统；
[0054]3)图像预处理:对叶片图像依次做灰度化，二值化，腐蚀，膨胀处理；
[0055]4)图像分析:通过对茎杆、叶片像素点实际坐标做坐标旋转使得茎杆平行于实际坐标的纵坐标轴；并通过坐标变换使得茎杆端点为坐标原点，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；
[0056]5)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；
[0057]6)叶基角、计算开张角的计算；
[0058]7)文件存储:重复以上所述的步骤2)_6)，处理完所有的叶片图像后，将数据保存到Excel文件。
[0059]将用本实用新型得到的水稻叶基角、披垂角的值作为测量值，用量角器直接测量的叶基角、披垂角作为参考值，作散点图如附图4所示，同时进行线性拟合，来验证本方法的精确度和准确度。
[0060]附图4表明，用两种方法得到的叶基角进行线性拟合时，二者之间的关系可以分别用公式BAngp = 1.028BAng - 0.791来描述。图4中黑点表示量角器直接测量值对应的本方法测量值。从公式参数的统计学意义分析，以量角器直接测得的叶基角作比较，公式斜率为1.028，非常接近1，则说明本方法所测叶基角准确度非常高；决定系数R2 = 0.973，非常接近1，则说明本方法所测叶基角准确度非常高。
[0061]附图5表明，用两种方法得到的披垂角进行线性拟合时，二者之间的关系可以分别用公式HAngp = 1.003HAng - 5.832来描述。图5中黑点表示量角器直接测量值对应的本方法测量值。从公式参数的统计学意义分析，以量角器直接测得的披垂角角作比较，公式斜率为1.003，非常接近1，则说明本方法所测披垂角准确度非常高；决定系数R2 =0.934，非常接近1，则说明本方法所测披垂角准确度非常高。
[0062]附图6是本实用新型处理单蘖图像效果的直观图。
[0063]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。为水稻株形模拟和优化设计提供水稻叶脉曲线和叶角数据采集的所需装置及方法。
【主权项】
1.一种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(6)、莖杆固定装置(7)、校验纸(8);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)的竖杆上，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。
【专利摘要】一种水稻单蘖图像采集装置，其特征在于包括摄像头、支架、背景板、计算机、摄像头固定装置、调节板、茎秆固定装置、校验纸；摄像头通过摄像头固定装置固定在支架上，选择固定的位置调节摄像头的高度；背景板是为黑色的木板，茎秆固定装置是一块带有铁簪的木块，拍摄图像时茎秆插在铁簪上；调节板可调节摄像头与背景板的距离；摄像头为高清网络摄像头直接连接在计算机上，通过摄像头自带的软件拍摄水稻分蘖图像；校验纸是一张描有黑色等距网格点的白纸。利用本实用新型的装置及方法采集水稻单蘖图像、提取水稻叶脉曲线和叶角方便、快捷、精确，为水稻叶形及参数的提取提供了硬件和方法，能为水稻株形的模拟和优化设计提供基础参数。
【IPC分类】G01B11/26, G01B11/00
【公开号】CN204705320
【申请号】CN201520245917
【发明人】李绪孟, 王小卉, 肖应辉
【申请人】湖南农业大学
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2015年4月22日