基于圖像的雙波長植物葉片葉綠素含量檢測方法和裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種基于圖像的雙波長植物葉片葉綠素含量檢測方法和裝置，屬于光學成分檢測技術領域。解決的技術問題是提供一種成本低廉、結果穩定的植物葉片葉綠素含量檢測方法和裝置。組成結構包括蓄電池、充電口、檢測光源開關、參考光源開關、檢測光源、參考光源、鉸鏈、葉片透光口、殼體、相機孔、智能手機。通過拍攝檢測波長和參考波長光照射下植物葉片的圖片，利用編寫的軟件提取出葉子部分，計算出檢測波長和參考波長照射下圖像葉子部分的平均光強I

Method and device for detecting double wavelength plant leaf chlorophyll content based on image

The invention discloses a double wavelength plant leaf chlorophyll content detection method and device based on an image, belonging to the technical field of optical component detection. The technical problem is to provide a low cost and stable plant leaf chlorophyll content detecting method and device. The structure comprises a storage battery, a charging port, a detecting light source switch, a reference light source switch, a detection light source, a reference light source, a hinge, a blade, a light transmitting mouth, a shell, a camera hole, and a smart mobile phone. By shooting the detection wavelength and the reference wavelength, the picture of the plant leaves is illuminated, and the leaf part is extracted by the software. The average intensity of the leaves of the image under the detection wavelength and the reference wavelength is calculated. I

【技術實現步驟摘要】
基于圖像的雙波長植物葉片葉綠素含量檢測方法和裝置
本專利技術涉及光學成分檢測
，特別涉及基于圖像的雙波長植物葉片葉綠素含量檢測方法和裝置。
技術介紹
葉綠素是綠色植物進行光合作用不可或缺的成分，不同生長期植物葉片葉綠素的含量一定程度上可以反映綠色植物的健康情況。我國存在較為嚴重的化肥濫用現象，通過監測綠色植物葉片的葉綠素含量可以為按需施肥提供依據。植物葉片葉綠素含量檢測的傳統方法有分光光度法，SPAD儀法等。分光光度法結果準確，但需要將葉片研磨，并且需要較多的儀器、試劑，檢測時間較長。SPAD儀法檢測速度快，但需要使用昂貴的SPAD儀，成本較高。中國專利公開號CN105574516A，公開日2016年05月11日，專利技術創造名稱為“可見光圖像中基于logistic回歸的觀賞鳳梨葉綠素檢測方法”，該申請公開了“一種觀賞鳳梨的葉綠素檢測方法，主要是在觀賞鳳梨葉片的可見光圖像中，通過采樣區域聚類，建立R、G、B數值與葉綠素含量之間的logistic回歸模型，并使用該回歸模型估算觀賞鳳梨葉片葉綠素含量值。”類似的研究在周超超2014年題為“基于Android手機平臺的玉米葉片含氮量檢測方法研究”的碩士論文中也有涉及，文中31頁指出玉米葉片圖像的R、G、B值與反映葉綠素含量的SPAD值的相關性系數分別為0.4907、0.1497、和0.6849，經過顏色校正的玉米葉片的Rs、Gs、Bs值與其SPAD值的相關性系數分別為0.2081、0.7557、0.2044。在該專利技術中，沒有考慮光源發色傾向對觀賞鳳梨葉片圖像的影響，因此檢測精度和穩定性較低。中國專利公開號CN104266970A，公開日2015年01月07日，專利技術創造名稱為“三波長漫反射光學葉綠素檢測裝置”，該申請公開了“一種三波長漫反射光學葉綠素檢測裝置，包括嵌套，插裝于所述嵌套內的檢測單元；扣合在所述檢測單元頂部的密封蓋；其特征在于：所述檢測單元包括自土而下開設有三級階梯孔的圓柱體，所述圓柱體的上端為沿徑向外延的因臺體結構，所述圓臺體的下臺面開設有防水環形槽；位于圓臺體下方的圓柱體外用面上對稱于圓柱體軸線向上傾斜51°-53°均布開設有六個斜孔，所述每個斜孔均與所述第一級階梯孔相通；所述六個斜孔中相對的兩個斜孔為一組；每組中的一個斜孔內自土而下依次設置有凸透鏡、LED光源，另一個斜孔內設置有吸光材料；位于第二級階梯孔內設置有聚光透鏡并通過環套運位；位于第三級階梯孔內設置有光探測器。”其不足之處在于裝置結構復雜，制造成本較高。中國專利公開號CN104777108A，公開日2015年07月15日，專利技術創造名稱為“一種葉綠素含量的檢測裝置及方法”，該申請公開了“一種葉綠素含量的檢測裝置及方法，該方法包括：利用不同濃度的葉綠素溶液，建立葉綠素檢測模型；采用兩個波長的入射光對待測樣本進行檢測，獲取所述持測樣本的葉綠素的吸光度；將所述待測樣本的葉綠素的吸光度代入所述葉綠素檢測模型，獲取所述持測樣本的葉綠素的濃度。該方法分別用波長為645nm和663nm的光照射樣品，通過光電傳感器測量透射光的強度可以得到對應波長下的吸光度值，從而計算出葉綠素的相對濃度值。”其選擇檢測光波長的依據為“葉綠素a、b在紅光區的最大吸收峰分別為663nm和645nm，因選取敏感波段為663nm和645nm。”在實施例中提到“本系統所采用的信號是由發光二極管發出。”其不足之處是只選擇了葉綠素敏感波長的光作為檢測光源，沒有選擇其他不受葉綠素影響波長的光作為參考，檢測的穩定性和精確度較低；另外LED光的光譜帶寬一般為幾十納米，該專利選擇的兩個敏感波段為663nm和645nm，波長較為接近，因此區別檢測兩種葉綠素的實現性較低。綜上所述，現有技術存在結構復雜，穩定性和重復性不高的問題。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是提供一種成本低廉、結果穩定的植物葉片葉綠素含量檢測裝置和方法。本專利技術是通過以下技術方案實現的：基于圖像的雙波長植物葉片葉綠素含量檢測方法和裝置,組成結構包括蓄電池、充電口、檢測光源開關、參考光源開關、檢測光源、參考光源、鉸鏈、葉片透光口、殼體、相機孔、智能手機；蓄電池固定于殼體底部，與充電口、檢測光源、參考光源相連，檢測光源開關、參考光源開關分別控制檢測光源、參考光源的工作狀態。殼體分為上腔和下腔，上腔是一個封閉的空間，避免自然光干擾，內壁涂成黑色，便于后期圖像處理，上腔頂部平面上開有相機孔；下腔內壁為白色，布置有檢測光源和參考光源；下腔頂部平面開有葉片透光口，下腔頂部平面與上腔頂部平面平行。所述的檢測光源和參考光源均為單波長光源。殼體上腔和下腔通過鉸鏈相連，可以活動，以便于放入葉片樣本；殼體下半部分頂端留有葉片透光口，殼體上半部分的底部為空，頂部留有相機孔，殼體的下腔頂端覆蓋有一層薄海綿。所述智能手機至少應當擁有1個攝像頭，并且支持安裝檢測軟件。本專利技術檢測方法包括以下步驟并按以下順序進行：a．準備工作：將待測葉片置于葉片透光口上，將殼體上腔與下腔扣合，使殼體的上腔成為封閉空間，將智能手機置于相機孔上。b．獲取雙波長光照射下的葉片圖像：打開智能手機中的檢測軟件，閉合檢測光源開關，使檢測光源發光，檢測軟件調用智能手機的攝像頭拍照，并將圖像存儲在手機ROM中；斷開檢測光源開關，閉合參考光源開關，使參考光源發光，檢測軟件再次調用智能手機的攝像頭拍照，并將圖像存儲在手機ROM中；c．圖像處理：依次對兩張圖像進行圖像平滑，顏色空間轉換（RGB空間轉換至HSV），被照亮部分葉片提取，顯示提取結果，計算被照亮部分葉片圖像的平均明度，計算兩個波長照射下葉片平均光強I檢測和I參考；d．植物葉片葉綠素含量計算：將I檢測和I參考帶入植物葉片葉綠素含量與I檢測和I參考關系的數學模型中，計算出植物葉片葉綠素含量。本專利技術的測量原理是葉綠素對波長為660nm附近的可見光具有明顯的吸收作用，以葉子對波長550nm光的吸光度作為參照，可以減少葉片厚度和其他因素對測量精度的干擾。本專利技術通過分別拍攝檢測波長和參考波長光照射下植物葉片的圖片，將其轉換至HSV色彩空間，通過編寫的軟件提取出被照亮的葉子部分，計算出檢測波長和參考波長葉子部分平均光強I檢測和I參考；通過測量不同葉綠素含量的植物葉片的葉綠素含量C及其在檢測波長和參考波長光下的平均光強建立如下模型：其中K和B為常數。在軟件中通過該模型即可計算出植物葉片樣本的葉綠素含量。與現有技術相比，本專利技術的優點在于：a、本專利技術成本低廉，充分利用了現在大多數手機都具有的攝像頭作為檢測光強的傳感器，降低了成本。b、與傳統方法只檢測葉片上某一點的方法不同，本專利技術通過軟件提取出葉片上一個圓形的面作為檢測樣本，可以提供更好的檢測穩定性，減少葉脈等對檢測精度和重復性的影響。附圖標記1、蓄電池；2、充電口；3、檢測光源開關；4、參考光源開關；5、檢測光源；6、參考光源；7、鉸鏈；8、葉片透光口；9、殼體；10、相機孔；11、智能手機。附圖說明圖1是本專利技術的結構圖；圖2是植物葉片的吸光度與波長關系圖；圖3是檢測軟件獲取兩個波長圖像界面圖4是檢測軟件顯示提取結果界面圖5是檢測軟件保存文件并計算葉綠素含量界面圖6是檢測軟件顯示計算結果界面。具體實施方式下面結合一個優選實施例和附圖對本專利技術作本文檔來自技高網...

【技術保護點】
基于圖像的雙波長植物葉片葉綠素含量檢測方法，其特征在于：包括以下步驟并按以下順序進行：a．準備工作：將待測葉片置于葉片透光口（8）上，將殼體（9）上腔與下腔扣合，使殼體（9）的上腔成為封閉空間，將智能手機（11）置于相機孔（10）上；b．獲取雙波長光照射下的葉片圖像：打開智能手機（11）中的檢測軟件，閉合檢測光源開關（3），使檢測光源（5）發光，檢測軟件調用智能手機（11）的攝像頭拍照，并將圖像存儲在手機ROM中；斷開檢測光源開關（3），閉合參考光源開關（4），使參考光源（6）發光，檢測軟件再次調用智能手機（11）的攝像頭拍照，并將圖像存儲在手機ROM中；c．圖像處理：依次對兩張圖像進行圖像平滑、顏色空間轉換（RGB空間轉換至HSV）、被照亮部分葉片提取、顯示提取結果、計算被照亮部分葉片圖像的平均明度、計算兩個波長照射下葉片平均光強I

【技術特征摘要】
1.基于圖像的雙波長植物葉片葉綠素含量檢測方法，其特征在于：包括以下步驟并按以下順序進行：a．準備工作：將待測葉片置于葉片透光口（8）上，將殼體（9）上腔與下腔扣合，使殼體（9）的上腔成為封閉空間，將智能手機（11）置于相機孔（10）上；b．獲取雙波長光照射下的葉片圖像：打開智能手機（11）中的檢測軟件，閉合檢測光源開關（3），使檢測光源（5）發光，檢測軟件調用智能手機（11）的攝像頭拍照，并將圖像存儲在手機ROM中；斷開檢測光源開關（3），閉合參考光源開關（4），使參考光源（6）發光，檢測軟件再次調用智能手機（11）的攝像頭拍照，并將圖像存儲在手機ROM中；c．圖像處理：依次對兩張圖像進行圖像平滑、顏色空間轉換（RGB空間轉換至HSV）、被照亮部分葉片提取、顯示提取結果、計算被照亮部分葉片圖像的平均明度、計算兩個波長照射下葉片平均光強I檢測和I參考；d．植物葉片葉綠素含量計算：將I檢測和I參考帶入植物葉片葉綠素含量與I檢測和I參考關系的數學模型中，計算出植物葉片葉綠素含量。2.基于圖像的雙波長植物葉片葉綠素含量檢測裝置,其特征在于：組成...

【專利技術屬性】
技術研發人員：郭文川，楊彪，
申請(專利權)人：西北農林科技大學，
類型：發明
國別省市：陜西,61