全 文 ：　[收稿日期] 　2008-01-22;2008-06-02修回
　[基金项目] 　河南省农业结构调整项目(豫财办农 2005-219)
　[作者简介] 　刘　弘(1974-),男 ,实验师 ,从事园艺实验教学和科研工作。 E-mai l:lhmmj@163.com
[ 文章编号] 1001-3601(2008)04-0269-0187-02
利用计算机快速测定南瓜叶面积的方法
刘 弘 , 姚连芳 , 马 杰 , 张继伟
(河南科技学院 园林学院 , 河南 新乡 453003)
　　[ 摘　要] 研究了计算机图像分析方法测定南瓜叶面积。该方法先通过数码相机采集图像数据 , 用 PhotoShop 处理后 , 再
用自制图形分析软件(植物叶面积分析工具 V1.0)对处理的图片进行分析 ,可直接计算出叶面积大小。试验表明 , 此种方法的
速度快 ,精度高 , 成本低 ,不损伤植物叶片 , 具有很强的可操作性。也可用作其它植物叶面积的测量。[ 关键词] 叶面积;测定方法;图形处理[ 中图分类号] S126;S642.1 [ 文献标识码] A
Study on the Rapid Method for Measuring Leaf Area of Pumpkin by the
Computer Technique
LI U Hong , YAO Lian-fang , MA Jie , ZHANG Ji-wei
(Department o f Gardens , Henan College o f Science and Technology , Xinxiang , Henan 453003 , China)
　　Abstract:The rapid me thod for measuring leaf ar ea of pum pkin by the computer technique w as established.The method
of measuring pumpkin leaf a rea with rapidity , high precision , low co st and good se rviceability can be used in o ther crops.
Key words:leaf area;measurement method;image processing
　　叶片作为南瓜植株光合和蒸腾作用的主要器
官 ,其发育状况对南瓜营养生长 、果实发育及品质的
影响很大 。叶面积的测定对研究南瓜的生物学特性
和指导生产均具有重要意义。多年来 ,人们对植物
叶面积的测定方法进行了大量的研究 ,但各种方法
或多或少存在一定的缺点。传统的叶面积测量法
(方格板法)既费工又繁琐 ,对南瓜大而不规则的叶
片测量更为困难;打孔称(鲜 、干)重法费事 ,同样要
破坏叶片 ,其测定结果不准确 ,受叶片的大小 、厚薄 、
叶龄 、打孔方式以及叶片含水量的影响 ,不宜在实际
测定中运用;利用回归方程法计算叶片面积 ,通过建
立方程就可以对同一品种类型的叶片进行估计 ,操
作比较简单 ,目前已建立了叶面积与叶片长 、宽 、侧
脉 、中脉 ,甚至叶柄等参数的回归方程 ,但该方法需
要事先测量大量叶片建立回归方程 ,对单个叶片误
差较大;光电叶面积仪器法虽然测量比较快速 ,但测
量结果很容易受外界环境的影响 ,稳定性差[ 1] 。
随着计算机技术迅猛发展 ,硬件成本的降低 ,其
应用领域也越来越广 ,图像处理技术在农业与科学
研究上也得到了广泛的应用。数码照相技术成本的
不断降低 ,使利用计算机系统简单而又方便的测定
叶面积成为可能。本试验采取数码相机 、图形处理
软件 Pho toShop CS 和自制图像分析软件测定南瓜
叶面积[ 2] ,并通过与方格纸法测得的叶面积数值相
比 ,比较该方法的可行性和测量结果的准确性 。
1 工作原理
1.1 自制软件工作原理
计算机中的平面图像是由若干网格状排列的像
素(pixel)组成的 。因此 ,知道了图像在宽度和高
度两个方向上的像素数和图片所代表实物的实际高
度或宽度 ,就可以计算图案实物的实际大小[ 2] 。用
数码相机获得待测叶片的平面图像 ,经过处理后得
到能代表一定宽度或高度的图片 。再用软件统计图
像中叶片图案所占的像素数 ,根据一定的比例关系 ,
可以计算出叶片的实际面积[ 3] 。
如果图像为彩色图像 ,可以通过设计判别规则
区分叶片和背景 。目前 ,数码相机拍摄到的都为彩
色图像 。彩色叶片照片 ,背景为白色 ,叶片为自然绿
色 ,使用 Photoshop等软件对采集的图片稍作修改 ,
将其裁剪成高度(或者宽度)一定的图片 ,并对其中
颜色稍作处理或修补。再用自制的软件(植物叶面
积分析工具 V1.0)进行分析 ,可直接得出叶片的实
际面积 。
设图形的高度和宽度上的像素数为 h 和 w ,图
像的实际高度和宽度为 H 和W ,图片的实际大小为
S ,叶片图案所占的像素总数为 s;叶片实际大小为
S0 ,则 S0=s(h/H)2或 S0=s(w/W)2 ,其中 s ,h , w
可以通过自制程序得出。W 或 H 可通过拍照时设
置参照尺寸获得。
1.2 自制软件设计思路
本叶面积分析程序基于 M icro sof t .net f rame-
work 1.1 , 开发环境为 M icro sof t Visual Studio .
Net 2003 ,为桌面应用程序 。程序的工作原理是:根
据设定好的容差分析图片上每个像素的颜色值 ,统
计叶片部分所占的像素数。叶片所占的像素数与整
张图片像素总数的比例关系 ,也就是叶片面积与图
片所代表的实际面积的比例关系 。通过拍照时预留
的参照得到图片所代表实物的实际尺寸 ,可算出叶
片的实际面积。
1.2.1 核心设计实现 核心类为 Image 类 ,该类
有个核心方法(CountCo lor),该方法有 3个参数〔要
　贵州农业科学　2008 , 36(4):187～ 188　Guizhou Ag ricultural Science s
分析的图像(Image 对象),容差(分析位图时所允许
的差值),颜色(Colo r 对象 ,要统计分析的颜色)〕。
该方法通过传入的图片创建一个 bi tmap位图对象 ,
再对此位图进行像素分析 。首先获取此图像在纵横
方向的像素数(也就是所要分析的图片的高和宽),
然后根据此图片的高度和宽度 ,遍历图像中的每个
像素点 ,比较其颜色值 ,符合指定颜色和容差的就让
计数器增加 1 ,并改变此像素的颜色 ,作为标示 ,以
便直观观察 。完成对各个像素的遍历之后 , Image
对象中就具备了此图像的各种属性 ,包括宽 、高 、指
定颜色像素数 、指定颜色占整个图片面积的比例(叶
片面积占整个图片面积的比例)等 。
1.2.2 叶面积计算方法的实现 在调用 Image 的
CountColor 方法之后 ,可以获取图像宽 、高 、叶片所
占的比例等信息 。图像的实际高度或宽度通过程序
中预留的文本输入框获取 。有了这些数据 ,计算叶
片实际面积就可以通过上述方法进行了 。叶面积计
算完成后 ,关于此图片的一系列信息通过程序预留
的信息框输出。其中包括图片的实际高 、宽 、纵横方
向上的像素数 、整个图片的像素数 、叶片所占的像素
数 、叶片的实际面积以及此图片的名称 。
1.2.3 辅助功能设计 为了便于批量进行叶面积
分析 ,该软件还定义了一个 Imageinfo对象 ,用来存放
处理过的 Image对象 ,以便统一输出分析结果。结果
输出为文本文件格式 ,可方便倒入 Excel进行分析。
为了能直观而且方便地查看所处理的叶片照片
和分析的结果 ,本软件使用了一个图像显示控件 ,用
来显示正在处理的图片和分析处理后的图片效果 。
2 测定流程
2.1 数据采集
2.1.1 拍摄用背景板制作　取硬纸板或塑料板 1
张 ,用白纸覆盖 ,固定 ,在白纸上画 35cm ×35cm 的
直角坐标系 ,在两端做好标记 ,作为参照尺寸 。
2.1.2 叶片拍照　将采集的叶片放在背景板内拍
照 ,拍摄时要注意相机的镜头与待测叶片所在平面
垂直 ,并保证坐标系的 4个顶点在拍摄范围内 ,最好
能充满整个照片。如果是田间拍照 ,最好在纸板的一
端粘上 2条透明胶带或透明的丝线 ,以固定需要拍摄
的叶片 ,保证叶片平整。将拍摄的图片做好编号 ,记
录。拍摄后将图片导入计算机 ,进行下一步处理。
2.2 图像处理
图片前期处理工作全部在该软件上进行。这里
以 Pho toShop CS版本为例介绍图像的处理方法[ 4] 。
1)运行 PhotoShop软件 ,在“文件”菜单下 ,选
择“打开”命令 ,将拍照的叶片图片打开。
2)在工具栏中使用“测量工具” ,按鼠标左键沿
图案中直角坐标系的 X轴画 1 条线 ,测量图片的倾
斜角度(图 1)。
3)在“图像”菜单中 ,选择“旋转画布”命令中的“任意角度” ,旋转画布 ,使图片放正(图 2)。
4)按下 Ctrl +E 打开标尺 ,在图案上以坐标
系的 4个顶点为标准 ,拉出 4条辅助线 ,在工具栏中
使用“裁剪工具” ,准确沿辅助线裁剪图片(图 3)。
5)在“图像”菜单中 ,选择“调整”命令中的“亮
度对比度”菜单 ,调整图片中的亮度和对比度 ,使背
景和叶片呈现出明显的反差 。
6)在工具栏中 ,选择“魔棒工具” ,设置好容差 ,
一般根据图案颜色的情况而定。本次试验容差为
80 。选取图片背景部分 ,如果一次选不完全时 ,再用
“添加到选区”选项 ,选择其他部分 ,直到基本选择完
毕为止 。按 Delete 键删除所选部分 。也可用魔术
橡皮工具对叶片部分以外的底色进行擦除(图 4)。
7)在“选择”菜单中 ,使用“反选”命令 ,选择叶
片部分 ,将前景色设置为绿色 ,按下 A lt + Dele te
使用前景色填充。
8)对图案中应有图像之处稍微进行修饰 ,以保
证图案中绿色叶片部分完整 ,并突显出来(图 5)。
9)按下Ctrl +S保存图片 ,在目标文件中选择
此图片以前的名称覆盖 ,不要重新命名以免打乱顺序。
2.3 图像分析
利用自制软件对处理过的图片进行分析 ,计算
叶面积 。
1)打开软件 ,单击“浏览”按钮 ,或在“文件”菜
单下选择“打开” ,在弹出的文件选择对话框中选择
需要计算的图片文件。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　 (下转第 198 页)
·188· 　　　　　　　　　　 　　　　　贵 州 农 业 科 学 2008 , 36 卷
3.2 策略选择
1)将社会性别敏感纳入决策主流 。政府部门 、
农技推广中心 、村两委 、农业局以及相关 NGO 组织
在制定政策时应充分认识到社区的社会性别差异 ,
而不是以男人的需求为标准设计推广模式;制定区
分社会性别的分类统计指标 ,进行社会性别敏感的
基线调查 ,在文化水平 、社区参与 、技术培训等方面
进行社会性别指标的检测和评估;在项目设计 、推广
内容 、方法和实施过程中关注社会性别分异需求 ,考
虑到妇女识字率低 、缺乏自信 、角色多重 、交流机会
匮乏等特点。
2)对农村妇女进行参与式的推广项目规划 。
营造好妇女参与社区决策的舆论氛围 ,有针对性地
向农村妇女做宣传 ,打破“男外女内”的传统思想;妇
女不仅要参与项目的执行过程 ,而且项目的制定 、管
理 、评估 、监督过程也要由妇女参与 ,完成由“输血
式”到“造血式”的技能提升;明确妇女参与农业科技
培训的最低比例;成立社区发展基金 ,领导中妇女应
担任主要角色。
3)在培训的时间 、方法和内容上考虑妇女的实
际。减少白天授课受到妇女照顾孩子 、料理家务的
影响 ,增加晚上集中授课;减少课堂培训 ,增加田间
指导;减少文字板书 、理论讲解 ,增加乡土说教;减少
专家灌输式讲解 ,增加启发式 、生动的培训方式 。总
之 ,不能简单地看女性村民参加人数的多少 ,更重要
的是看妇女参加技术培训的效果 ,看培训的方式妇
女是否容易接受 ,妇女通过培训能够真正掌握多少
技术 ,掌握程度如何等等[ 6] 。
[ 参 考 文 献]
[ 1 ] 刘 艳.农业技术研究与推广中需要考虑的性别差异[ J] .农
业科技管理 , 1998(3):11-12.
[ 2 ] 陕西省统计局.陕西统计年鉴 2006[ M] .北京:中国统计出版
社 , 2006:75.
[ 3 ] 和芳芳 ,史向军 ,王冬勤.陕西农村妇女向非农产业转移的思
考[ J] .沈阳农业大学学报(社会科学版), 2007 , 9(2):148-
150.
[ 4 ] (美)巴伦 ,(美)伯恩著 , 杨中芳 , 等译.社会心理学(第十版)
[ M] .上海:华东师范大学出版 , 2004:347-349.
[ 5 ] 赵慧燕 ,李东鸿 ,尚桂荣 ,等.提高科技推广效率的新模式———
具社会性别敏感的参与性科技推广模式[ J] .西北农林科技大
学学报(社会科学版), 2003(3):102-105.
[ 6 ] 赖 力.扶贫与社会性别平等———世界宣明会榕江县“儿童为
本 ,小区扶贫”项目案例的启示和思考[ J] .贵州农业科学 ,
2008 , 36(1):173-177.
(责任编辑:高红卫)
(上接第 188 页)
　　2)在主显示区域会看到等待处理的图片 。在
需要填入宽度和高度的文本框中填入图片的实际宽
度或者高度(此值可在图片预处理时的记录中获
取)。
3)点击工具栏上的“处理”按钮 ,会在很短一段
时间后看到彩色图片变为红色。同时右边的“像素分
析结果显示区域”里会显示此张图片分析后的结果信
息。其中包括图片的实际大小 ,实际叶面积大小等 。
4)点击工具上的“添加”按钮 ,将当前叶面分析
结果保存到结果集中 。
5)当所有叶片都分析处理完成后 ,可点击保存
按钮将分析结果保存到指定目录 ,以便做数据分析 。
自制软件界面如图 6 ,所有图片分析完成后 ,找
到保存结果的文本文件 ,即可看到图片分析的结果
和叶片的实际面积。
3 计算机软件测定方法与常规方法比较
由表可见 ,方格纸法和计算机图像分析法之间
存在极显著相关性 ,但测量值的稳定性存在一定差
异。表明 ,利用计算机软件测定南瓜叶片面积是可
行的 ,且测量值更稳定。
4 讨论
通过对南瓜叶面积的测量结果分析比较表明 ,
利用数码相机结合图形处理软件 PhotoShop CS 和
自制图形分析软件测量南瓜叶片面积的方法是可行
的 ,其测量结果准确 ,速度快 ,稳定性好 。使用自制
软件对叶片图像分析可以减少人工计算的繁琐操
作 ,极大地提高测量效率。该测量方法对叶片的大
小 、形状和厚薄没有要求 ,只要一个数码相机和一个
知道具体尺寸的参照物 ,就可以较为准确地计算出
该叶片的面积。对整株叶面积统计结果 ,可以作为
评价某一时期特定品种生长状况的一个指标 ,对指
导大田生产有着重要的意义。同时 ,本文中所使用
的叶面积测定方式也为其他植物叶面积的测量提供
了一种新的方法。
表 2种测量方法的差异性比较
测量方法 项目 面积
方格纸法 极差 3.560
标准差 2.101
变异系数 0.010
计算机图像分析法 极差 1.350
标准差 0.523
变异系数 0.003
相关系数 0.986
[ 参 考 文 献]
[ 1 ] 柏军华 ,王克如 ,初振东.叶面积测定方法的比较研究[ J] .石
河子大学学报 , 2005 , 23(2):216.
[ 2 ] 张恒敢 ,杨四军 ,顾克军 ,等.应用数字图像处理测定作物叶面
积的简便方法[ J] .江苏农业科学 ,2002(3):20.
[ 3 ] 白由路 ,杨俐苹.基于图像处理的植物叶面积测定方法[ J] .农
业网络信息 , 2004(1):36.
[ 4 ] 肖 强 ,叶文景 ,朱 珠 ,等.利用数码相机和 Photoshop软件
非破坏性测定叶面积的简便方法[ J] .生态学杂志 , 2005(24):
711.
[ 5 ] 冯冬霞 ,施生锦.叶面积测定方法的研究效果初报[ J] .中国农
学通报 , 2005 , 21(6):150.
[ 6 ] 宋来庆 ,尹克林 ,赵玲玲 ,等.利用计算机快速测定葡萄叶面积
的方法研究[ J] .中外葡萄与葡萄酒, 2005(1):3-5.
(责任编辑:聂克艳)
·198· 　　　　　　　　　　 　　　　　贵 州 农 业 科 学 2008 , 36 卷