全 文 ：叶片是植物光合作用和蒸腾作用的重要器官。
叶面积是反映植物生长发育、 长势、 遗传特性等生
理生化反应过程的主要参数， 广泛应用于农业科研
服务和生产中。 建立方便、 准确的叶面积测定方
法， 对于指导农业生产实践活动， 制定高产、 优质
和高效的栽培技术措施具有积极的意义。 目前测定
叶面积方法很多， 传统的叶面积测定方法主要有方
格法、 称重法、 系数法和求积仪法等[1,2]， 但是它们
具有测量精度低、 测量范围小、 操作烦琐的局限
性。 随着信息技术的不断发展， 基于扫描叶片并结
合 Photoshop 程序的数字图像处理技术作为一种新
兴的测定叶面积方法， 已在含笑[3]、 唐菖蒲[4]、 南
瓜[5]、 五味子[6]， 以及苹果、 葡萄等果树[7]得到成功
应用。 油梨(Persea Americana Mill)融果、 粮、 油
于一体， 营养价值高， 是一种市场潜力大的重要热
带、 亚热带水果[8]。 目前对油梨叶面积测定未见报
应用数字图像技术测定油梨叶面积①
李新国② 蔡胜忠 李绍鹏 王令霞 姜成东
(海南大学园艺园林学院,
热带园艺植物资源遗传与改良教育部重点实验室 海南儋州 571737)
摘 要 采用扫描叶片并结合 Photoshop 程序的数字图像处理技术测定油梨(Persea Americana Mill)叶面积， 与
传统的称重法和方格法进行比较。 结果表明， 称重法、 方格法测得的叶面积与数字图像处理法测得的叶面积之
间构成一元线性回归方程， 相关系数 r 分别为 0.9984、 0.9992， 均达到极显著相关。 这说明了数字图像处理技
术测定油梨叶面积是可行的。 与传统 2种方法比较， 数字图像处理技术具有速度快、 精度高、 非破坏性测量等的
优点， 尤其适合测量残缺不全的叶片。
关键词 油梨 ； 叶面积 ； 方格法 ； 称重法 ； 数字图像技术
分类号 S66-3
Measurement of Avocado Leaf Area
Based on Digital Image Processing Technology
LI Xinguo CAI Shengzhong LI Shaopeng WANG Lingxia JIANG Chengdong
(College of Horticulture and Landscape Architecture, Hainan University, Danzhou, Hainan 571737;
Ministry of Education Key Lab for Tropical Horticultural Plant Resource Genetics and Improvement,
Hainan Danzhou 571737)
Abstract A method for measuring avocado leaf area was developed using scanner and Photoshop
software. The data resulted from the digital image processing technology were compared with the values
from two traditional methods, i.e. gravimetric method and grid method. The result showed that there was a
univariate linear regression equation between the results of digital image processing method and two
traditional methods. The correlation coefficients were 0.9984 and 0.9992, respectively, and were highly
significantly different by F-test. This suggested that the digital image processing technology used to
measure avocado leaf area is feasible and reliable. Compared with the traditional methods, this method is
fast, accurate, and nondestructive, particularly for measuring broken leaves.
Keywords avocado ; leaf area ; grid method ; gravimetric method ; digital image technology
① 海南省教育厅高等学校科学研究项目(Hj2008-39)； 海南大学自然科学基金(Rn0608)和海南大学教育教学研究课题资助。
收稿日期： 2008-11-24。 责任编辑/兰 莹； 编辑部 E-mail: rdnk@chinajournal.net.cn或 rdnk@163.com。
② 李新国(1970～)， 男， 博士， 讲师； E-mail： lixinguo13@163.com。
Vol．29, No．2
2009年2月 热 带 农 业 科 学
CHINESE JOURNAL OF TROPICAL AGRICULTURE
第29卷第2期
Feb． 2009
10- -
李新国 等 应用数字图像技术测定油梨叶面积
1. 2. 4 数据分析
试验数据采用 SAS 9.0的 CORR 程序和 REG
程序进行方法间的相关和回归分析。
2 结果与分析
2. 1 传统的方格法和称重法相关性
方格法和称重法测得的油梨叶片面积之间的散
点分布图见图2。 经一元线性回归分析， 其回归方
程为： y=1.0057x+0.2067(x 为称重法测得的面积， y 为
方格法测得面积)， 相关系数 r=0.9979， 经 F 检验， r
达到极显著。 说明这2种传统方法测定的油梨叶面
积的值相近。
2. 2 数字图像技术处理与传统两种方法相关性
由于上述传统的 2种方法是可靠的[1,2]， 将它
们分别与数字图像技术处理测得叶面积进行一元相
关回归方程分析。 称重法和数字图像处理法之间回
归方程(图3)为 y=1.002x+0.5635(x 为称重法测得叶面
积， y 为数字图像处理技术测得叶面积)， 相关系数 r=0.
道。 本实验以油梨叶片作为材料， 应用称重法、 方
格法和数字图像处理技术测定其叶面积， 并就方法
应用的特点进行了比较。
1 材料和方法
1. 1 材料
随机采集海南大学儋州校区园艺园林学院果树
标本园基地的油梨叶片 80片， 将叶片冲洗干净并
抹干， 备用。
1. 2 方法
1. 2. 1 方格法
方格法参考文献[1]， 并略作修改。 将叶片平
铺于最小的方格0.5cm×5cm坐标纸上， 用铅笔描
出叶片的形状， 然后统计已描述叶片图形所占的方
格数。 处在叶片图形边缘的不完整方格占整个最小
方格的大于或等于 1/2计为 1格， 不足 1/2的不
计。 所得的叶面积(cm2)＝总格数×0.25。
1. 2. 2 称重法
称重法参考文献[2]。 用质地均匀的标准纸剪取
一定面积 As， 在电子天平(FA1604， 0.0001g)称重
Ws。 然后将叶片平铺覆盖在标准纸上， 剪下称重
Wi。 称重法计算的叶面积公式 Ai如下：
Ai (cm2)＝Wi (g) ×As (cm
2)
Ws (g)
1. 2. 3 数字图像处理法
基本设备包括硬件(PC 电脑、 扫描仪)和软件
(Photoshop 等)。 工作原理是根据计算机中的平面
图像由若干网格状排列的像素(pixel)组成， 单位长
度的像素数就是图像的分辨率， 通常用每英寸的像
素数表示(dpi)。 因此， 知道了图像在宽度和高度
两个方向上的分辨率， 就可以计算每个像素占据图
像的面积。 用扫描仪获得待测叶片的平面图像， 统
计图像中叶片所占的像素数， 乘以每个像素所占的
实际面积就可以计算出叶片的面积。
数据采集分为扫描叶片和统计像素计算面积两
步。 具体操作如下： 第一步是扫描叶片。 把待测的
油梨叶片平铺在扫描仪面板上， 选择 Photoshop 的
文件， 输入叶片样品图像， 在图像类型栏选择文字
即可输入二值图像， 注意调整亮度和对比度的值，
使得输入的图像完整。 为了节省磁盘存储空间， 宜
使用100pixels/inch 的分辨率。 按下扫描按钮， 得
到数字图像后， 将其存储在特定的文件夹中作为分
析之用。 使用 jpg 或 tif 图像格式(这2种格式被多种图
像软件支持)存储图像。 第二步是统计像素数并计算
面积。 在 Photoshop 中利用图像菜单中的直方图，
先选定叶片一定的单位面积， 测出其像素个数， 计
算出在单位面积叶片所占的像素数， 再用套索工具
选取油梨叶片轮廓(图 1)， 测定其叶片总像素数，
然后用图片所占的像素数比上单位面积所占的像素
数即可得到叶片面积， 即:
叶面积＝ 叶片总像素数
单位面积的像素数
A选取图像 B像素统计
图 1 数字图像处理技术流程图
11- -
2009年2月 第29卷第2期热带农业科学
160
120
80
40
0
40 12080 160
称重法测得的叶面积/cm2
图 2 称重法和方格法测定油梨叶面积的相关性分析
方
格
法
法
测
得
的
叶
面
积/cm
2
y=1.0057x+0.2067
r=0.9979**
40 12080 160
160
120
80
40
0
称重法测得的叶面积/cm2
图 3 称重法和数字图像技术测定油梨叶面积的相关性分析
数
字
图
像
技
术
测
得
的
叶
面
积/cm
2
y=1.002x+0.5635
r=0.9984**
本低， 而且简单易懂。 但是在测量过程中需要在方
格纸上描绘大量的叶片轮廓， 还要数出每片叶片的
面积， 这是一种非常烦琐的工作， 而且其测量结果
精确度也不是很高。 尤其对于一些不规则形状的叶
片时， 其精确度就会降低， 产生的误差更大。 称重
法同方格法相同， 也是一种比较传统的测量方法。
成本低， 操作简便， 测量结果的精确度也比方格法
高， 但测量不规则形状的叶片时其精确度降低， 不
适合作物苗期和具有较小叶片植物的叶面积测量。
传统叶面积测量还有系数法、 叶面仪测量法等。 其
中系数法利用平均原理， 可以进行非破坏性测定，
但必须用其它方法确定系数之后才能用， 且系数会
随品种的不同而不同， 结果误差也较大； 叶面仪测
量法的精度很高， 速度快， 但其价格昂贵， 维修不方
便， 它破坏作物群体结构且对测量的叶子大小也有一
定的限制。 因此传统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， 不能
满足科研等工作对叶片面积测量的要求。
数字图像处理技术作为一种新兴的测量技术，
是一种快捷方便的测量方法， 它利用现有的数字图
像设备， 在扫描仪和计算机的基础上， 配以适当的
软件和程序， 组合构造成一台智能型叶面积测定
仪。 应用数字图像处理技术测定叶面积主要具备以
下几个特点[3～7]： (1)精度高， 特别适用于株型分析
中单个叶片的叶面积测量。 对于不规则叶片更显其
优越性。 (2)速度快， 可进行批量处理， 编好程序
以后， 运算起来方便快捷。 (3)在叶片残缺不全(比
如被虫子吃掉一部分)时， 可以人工将残缺部分补全，
以降低测量误差， 这样就大大增加了其应用范围和
测量精度， 特别是在测量不规则叶片以及残缺不全
的叶片时较其他方法更具有优势。 (4)对于大型叶
片(超过扫描仪大小的叶片)却无法利用扫描仪对其进行
测定， 但是可以结合数码相机拍照获取图片来进行
测量。 (5)利用数码相机拍照获取图片来进行测量
还可以实现非破坏性测量， 而且不受叶片形状、 大
小、 厚薄等因素的影响， 测量速度快， 精度高， 适于
大量同一品种植物的叶面积测量。 在本次实验中， 证
实了数字图像处理技术对油梨叶面积的测量结果是可
靠的。 这为其他植物叶片叶面积测量提供参考和借
鉴， 在农业、 林业等领域具有广阔的应用前景。
数
字
图
像
技
术
测
得
的
叶
面
积/cm
2
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方格法测得的叶面积/cm2
图 4 方格法和数字图像技术测定油梨面积的相关性分析
y=0.9951x+0.437
r=0.9992**
3 讨论
方格法是一种传统的叶面积测量方法， 不仅成
9984， 经 F 检验， r 达到极显著。 方格法和数字图
像处理法之间的回归方程(图 4)为 y=1.002x+
0.5635(x 为方格法测得叶面积， y 为数字图像处理技术测得
叶面积)， 相关系数 r=0.9992， 经 F 检验， r 达到极
显著。 以上结果表明， 数字图像处理法测得的油梨
叶片面积分别与方格法、 称重法测得的叶面积的一元
回归方程的相关程度都达到显著， 这说明数字图像处
理技术测定油梨叶片的面积都是可靠的， 证明了数字
图像处理技术可以用于测定油梨叶面积的测量。
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李新国 等 应用数字图像技术测定油梨叶面积
但是目前现阶段数字图像技术处理测量叶面积
还存在一些局限性， 如当叶子具有粗大叶脉时， 用
单片叶子代表全部叶子可能会造成较大误差， 因此
对于具有粗大叶脉的叶子， 本方法适用性较低[9]。
随着信息技术的发展， 地理信息系统(GIS)[10]和
Matlab(Matrix Laboratory)[11]等数字图像技术处理在
叶面积也测量上得到应用。 未来的研究重点是选择
方便、 快速、 准确的图像获取方法和图像处理算
法， 设计一体化的叶面积处理软件， 以简化测量过
程， 提高测量精度， 推广数字图像处理方法的使用
范围。
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