采用CCD摄像和图像分析技术的作物叶面积测量仪的研发

　　引　　言

　　建立方便、准确的叶面积测定方法,掌握植物叶片的生长规律,对指导作物栽培密度及施肥水平,达到调整群体结构、充分利用光、热资源、合理进行施 肥以获得作物高产具有重要的意义[1-3]。目前测量作物叶片面积的方法主要有以下几种:重量法、求积仪法、长宽系数法、回归方程法等。但是这些方法存在 着测量不准确、操作烦琐、破坏作物生长、测量范围窄等一系列缺点[4],不能满足科研等工作对叶片面积测量的要求。为此作者采用CCD摄像和图像分析的方 法研发了作物叶面积测量仪。

　　2　硬件结构

　　该仪器在硬件结构上主要包括工作台、摄像头及灯光、图像采集卡、PC机,总体结构如图1所示。

　　考虑到图像采集的精度、处理效果以及成本,硬件部分进行如下配置:220倍彩色一体化摄像机配备光源,通用图像采集卡,PC机。

　　光源:照明效果是影响图像质量的主要因素之一,因此仪器在光源选择上根据测量情况的不同采用照明效果较佳的背景光源或LED光源。当进行离体测量时,采用背景面光源;当进行无损测量时采用LED光源。

　　摄像机:选择220倍彩色一体化摄像机,811(H)494(V)图像像素,最低照度0.1LUX,信噪比大于48dB。

　　图像采集卡:采用中科院研制开发的OK C20A。

　　该图像采集卡具有9位A/D精度,6路复合视频(Video)或2路Y/C输入选一的视频输入,支持采集屏蔽位、采集缩小和增益可调,硬件直接采集格式为8位、24位、32位、555、565及YUV422[5]。

　　PC机:INTEL 865PE+ICH5主板,FSB800超线程CPU,256M内存,双敏SP7618/64M DDR显示卡。

　　3　软件设计与开发

　　3.1　软件开发环境

　　仪器的软件是在LabVIEW7.1操作平台上进行开发的。LabVIEW7.1是一个高效的图形化程序设计环境,是虚拟仪器开发平台。它功能 非常强大,能够胜任大多数测量任务,结合简单易行的图形开发环境与灵活强大的G编程语言,并利用其容易与C/C++和汇编语言接口的特点,可迅速开发出有 关数据采集分析及显示的方案[6]。且所编辑的软件程序界面友好简单,富于个性化,不像真实地操作仪器那样死板。

　　应用IMAQ VISION图象处理软件包进行图像分析处理程序的编写,IMAQ VISION是可以嵌入到LabVIEW、LabWindows/CVI等软件开发平台中的功能强大的图象处理软件包,其中包括400多个MMX优化函 数,可以完成对计算机图像信息进行采集、传递、处理、分析等一整套功能。

　　3.2　软件设计

　　仪器的软件在功能上主要包括图像采集模块、图像处理模块、图像分析模块。