摄第3张图像，直至8张图像拍摄完成。
[0047]图像拍摄完成后，由信息传输模块传送到图像处理模块。经过颜色识别、形状识另IJ、角度矫正、距离测量和面积计算5个步骤，每个完整流程可计算出3株玉米的叶面积。
[0048]动态测量时，可继续由位置信息确定单元在制定的同一位置、位点、角度采集图像信息，并自动与历史测量信息相关联。
[0049]由以上实施例可以看出，本发明采取定位图像采集和图像分析相结合的方法，设备轻便、操作简易，能够在田间快捷、方面的无损采集玉米叶面积图像；经过后期图像综合处理，能够输出叶片姿势、叶面积、株高、茎粗、叶色、枯黄叶面积等参数；能够记录相应位置信息，能够保证多次测量对象为同一样本，并具备多重矫正和质量控制功能，能够实现玉米叶面积的长期动态监测；图像采集模块和图像处理模块实现分离，并通过无线传输信息，便于田间实地操作；为玉米长势监测和管理提供动态、全面的信息。
[0050]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种玉米叶面积无损动态监测系统，其特征在于，包括图像采集模块、信息传输模块和图像处理模块；上述图像采集模块用于采集待监测玉米植株8个位点的多维图像，信息传输模块将所采集图像传送至图像处理模块，由图像处理模块计算获取待监测玉米叶面积； 所述图像采集模块包括位置信息采集单元、位置信息确定单元、图像采集单元、图像质量控制单元和图像存储单元；所述位置信息确定单元用于确定图像采集点的位置，位置信息采集单元采集图像采集模块的位置信息和图像采集点的位置信息，图像采集单元根据所确定的图像采集点进行8个位点的玉米叶片图像采集，图像质量控制单元对所采集图像的位置和质量进行检查确认，图像存储单元对符合要求的图像进行存储； 所述图像处理模块包括颜色识别单元、形状识别单元、角度矫正单元、距离测量单元和面积计算单元；颜色识别单元对所采集玉米叶片的颜色进行识别，确定出鲜活玉米叶片区域、叶脉区域、枯黄玉米叶片区域、杂物区域；形状识别单元根据颜色识别结果，标记出玉米叶片的叶脉和边线，并对其中被其它叶片遮挡的部分根据遮挡前后截面进行延伸补齐；根据叶脉状态识别叶片三维姿态，分段标记各片玉米叶的长度、宽度和偏离水平方向角度；角度矫正单元根据多个位点的图像，将玉米叶片统一矫正为正面为竖直方向；距离测量单元根据图像信息采集点的角度、与玉米植株的距离、离地面的高度等信息计算图像尺寸与实际尺寸的缩放比例，测量叶片的宽度、长度、高度的三维数字信息以及株高信息；面积计算单元计算出每一片绿叶的面积及枯叶面积，加和即为单株玉米的绿叶面积和枯叶面积。
2.如权利要求1所述的玉米叶面积无损动态监测系统，其特征在于，所述位置信息采集单元包括gps定位仪、陀螺仪和加速度计，gps定位仪用于采集图像采集点的经玮度和海拔信息，陀螺仪用于采集图像采集模块的运动角度和轨迹，加速度计用于采集图像采集模块运动的速度和距离。
3.如权利要求1所述的玉米叶面积无损动态监测系统，其特征在于，所述位置信息确定单元包括位置指示和位置对准两个部分，位置指示部分根据图像采集的要求指示8个图像采集位点进行图像采集，并显示在屏幕上；位置对准部分根据位置指示指导拍摄者将图像采集框与位置指示框对准。
4.如权利要求1所述的玉米叶面积无损动态监测系统，其特征在于，所述信息传输模块包括无线发送单元、无线接收单元和完整性校验单元，无线发送单元将采集的信息转换成无线电信号，并通过无线调频方式发送；无线接收单元通过无线调频方式接收信息，并将接收的无线电信号转换成数字信息；完整性校验单元通过对发送和接收的信息特征进行比对，确保传输无误和信息完整。
5.一种玉米叶面积无损动态监测方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一:采集待监测玉米叶片8个不同位点的多角度、多维度图像: 确定8个不同位点及每个位点的地理位置信息；对应每个位点，采集一幅图像，所采集图像对应的位置信息和图像的质量参数信息与所确定的位点的地理位置信息和图像质量要求信息一致，然后将图像进行存储； 步骤二:将所采集的图像信息传送至图像处理模块，计算玉米叶面积参数: 首先对所采集玉米叶片的颜色进行识别，确定出鲜活玉米叶片区域、叶脉区域、枯黄玉米叶片区域、杂物区域；根据颜色识别结果，标记出玉米叶片的叶脉和边线，并对其中被其它叶片遮挡的部分根据遮挡前后截面进行延伸补齐；根据叶脉状态识别叶片三维姿态，分段标记各片玉米叶的长度、宽度和偏离水平方向角度；根据8个位点的图像，将玉米叶片统一矫正为正面为竖直方向；根据图像信息采集点的角度、与玉米植株的距离、离地面的高度等信息计算图像尺寸与实际尺寸的缩放比例，测量叶片的宽度、长度、高度的三维数字信息，计算出每一片绿叶的面积及枯叶面积，加和即为单株玉米的绿叶面积和枯叶面积。
6.如权利要求5所述的玉米叶面积无损动态监测方法，其特征在于，所述步骤二中，对所采集玉米叶片的颜色进行识别的过程为:根据颜色特征，识别绿色为鲜活玉米叶片、灰白色为叶脉，黄色为枯黄玉米叶片，其它为杂物；对玉米叶片区域进行识别和标记，标记出鲜活玉米叶片区域、叶脉区域、枯黄玉米叶片区域、杂物区域；同时对不同图像中的同一元素进行标记和识别，避免重复；根据玉米穗圆锥形的特点，区分玉米叶和玉米穗。
7.如权利要求6所述的玉米叶面积无损动态监测方法，其特征在于，所述步骤二中，分段标记各片玉米叶的长度、宽度和偏离水平方向角度时，叶片姿势相同的区域为同一区段，姿势不同的区域分别标记。
8.如权利要求7所述的玉米叶面积无损动态监测方法，其特征在于，所述步骤二中，将玉米叶片统一矫正为正面为竖直方向的过程为:矫正分为叶片纵向矫正和横向矫正两个步骤，其中纵向矫正叶片宽度不变，根据夹角调整叶片长度，计算公式为I ' = y/sina，y z为矫正后的叶片长度，y为图测叶片长度，a为叶片偏移水平方向的角度；横向矫正叶片长度不变，根据夹角调整叶片宽度，计算公式为X z = x/sin a , X ^为矫正后的叶片宽度，x为图测叶片宽度，a为叶片偏移水平方向的角度。
【专利摘要】本发明公开了一种玉米叶面积无损动态监测系统和方法，本发明采取多维定位图像采集和图像分析相结合的方法，设备轻便、操作简易，能够在田间快捷、方面的无损采集玉米叶面积多维图像；经过后期图像综合处理，每一次处理能够输出3株玉米的叶片三维姿势、株高、绿叶面积、枯黄叶面积等参数；能够记录相应位置信息，能够保证多次测量对象为同一样本，并具备多重矫正和质量控制功能，能够实现玉米叶面积的长期动态监测；图像采集模块和图像处理模块实现分离，并通过无线传输信息，便于田间实地操作；为玉米长势监测和管理提供动态、全面的信息。
【IPC分类】G01B11-28, G06T7-60
【公开号】CN104732564
【申请号】CN201510157959
【发明人】张永恩, 李干琼, 王东杰, 陈威, 庄家煜, 李灯华
【申请人】中国农业科学院农业信息研究所
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年4月3日