全 文 ：园 　艺 　学 　报 　2006, 33 (4) : 829～832
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期 : 2005 - 06 - 20; 修回日期 : 2005 - 10 - 08
基金项目 : 山东省人事厅留学回国人员科技活动择优资助课题 〔2003 ( 10) 14〕; 教育部留学回国人员科研启动基金资助项目
〔2004 (527) 〕
利用数码相机测定果树叶面积的新方法
苑克俊 1 　刘庆忠 1 　李圣龙 2 　陈秀霞 3
(1 山东省果树研究所 , 山东泰安 271000; 2 泰安市林业局 , 山东泰安 271000; 3 泰安市泰山区技术监督局 , 山东泰安
271000)
摘 　要 : 本文提出的是一个快速的非破坏性叶面积测定新方法 , 可测定苹果、葡萄等各种果树叶面积 ,
可在田间或室内测定活体或离体叶片的面积。其原理是利用数码相机 (或数码摄像机 ) 拍照获取叶片和刻
度直尺的图像 , 利用软件对图像进行处理得到每平方厘米面积的像素数和叶片图像的像素数 , 再通过计算
得出叶片的面积。对其测算准确度进行检验 , 结果表明苹果叶面积的测算误差为 0157% ～0180%、葡萄叶
面积的测算误差为 1105% ～1143% , 说明用新方法可相当准确地测算果树叶面积。
关键词 : 果树 ; 叶面积 ; 刻度直尺 ; 数码相机 ; 图像 ; 图像软件
中图分类号 : S 66　　文献标识码 : A　　文章编号 : 05132353X (2006) 0420829204
A New M ethod for M ea sur ing L eaf Area of Fru it Trees Using D ig ita l Cam era
Yuan Kejun1 , L iu Q ingzhong1 , L i Shenglong2 , and Chen Xiuxia3
(1 Shandong Institu te of Pom ology, Taipian, Shandong 271000, Ch ina; 2 Forestry B ureau of Ta ipian C ity, Ta ipian, Shandong
271000, Ch ina; 3 Taishan D istrict Technical Supervision B ureau of Ta ipian C ity, Taipian, Shandong 271000, China)
Abstract: The new method was a rap id non2destructive leaf area measurement method, it could be used
to measure leaf area of app le, grape and other fruit trees, living p lants or detached leaves in the field or labo2
ratory. In this method, digital camera was used to cap ture the image of leaf and scale ruler, image p rocessing
software was used to get p ixels per square centimeter and the p ixels of leaf image, then leaf area was calculat2
ed. The accuracy of new method was verified, the estimation error of app le leaf area was among 0157% -
0180% and that of grape leaf area was among 1105% - 1143% , these results indicated that the new method
could p rovide high accurate estimation for leaf area of fruit trees.
Key words: Fruit tree; Leaf area; Scale ruler; D igital camera; Image; Image p rocessing software
1　目的、材料与方法
常用的叶面积测定方法中 , 由美国生产的 C ID叶面积仪 , 操作简单 , 可快速测定叶面积 , 但仪
器本身价格高 , 限制了其推广应用〔1〕。光电面积仪法快速准确 , 但叶片需离体测量 ; 机械面积仪法
和方格坐标纸法精度高 , 但费时烦琐 ; 长宽乘积系数法和长宽乘积回归法测量迅速 , 计算简便 , 属非
破坏性测定方法 , 但由于其系数或回归方程是针对某一树种或品种而建立的 , 适用范围较小〔2〕。
作者从果树叶形着手 , 曾建立了一种适用于苹果、梨、桃、杏、李、枣、柿、核桃、石榴等大多
数果树的叶面积测算方法 ———辛普松公式法〔2〕, 该方法根据叶片最大长度和各等分点处的宽度确定
叶面积 , 可进行非破坏性测定 , 缺点是只适用于叶缘为规则曲线的叶片 , 对于葡萄、银杏等叶片形状
不规则的果树不适用〔2〕。杨劲峰等〔1〕利用近年来大量普及的计算机和图像处理技术建立了一种测算
叶面积的方法 ———数字图像法 , 该方法以扫描仪获得植物叶片数字图像 , 以 Photoshop软件统计像素 ,
利用图像菜单中的直方图得到叶片的像素数 , 再乘以单个像素的面积得出叶片的面积 , 但其论文中没
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有具体提出如何确定单位像素所代表的实际面积。李宝光等〔3〕在其基础上提出可通过扫描仪框面积和
像素数来确定单位像素面积。数字图像法绝对值测定准确、具有传统方法无法相比的优点 , 但由于它
需要较多的时间 , 并不适合大量的叶面积测量工作 ; 还存在叶片需要离体测量、破坏植物等缺陷〔1〕。
针对上述方法的缺点 , 本文提出一种利用已大量普及的数码相机 (或数码摄像机 )、计算机和图
像处理技术的新方法 ———数码相机拍照法 , 其显著特点是可用于葡萄、银杏等在内的各种果树叶面积
测算 , 可测量田间树上叶片而不破坏植株。
111　方法原理
将待测叶片和带刻度的直尺靠近放在一张白纸上 , 利用数码相机 (或数码摄像机 ) 拍照获取叶
片和直尺的图像 (图 1)。将获取的图像导入计算机 , 利用 Photoshop 610软件对图像进行处理 , 得到
叶片的像素数和每平方厘米面积的像素数 , 通过计算得出叶片的面积。
其中 , 将叶片和刻度直尺拍摄入同一图像中以获取每平方厘米面积的像素数是本文首次提出 , 也
是本方法的技术关键。
图 1　葡萄叶片和刻度直尺的图像、矩形的软件标尺值 W 和 H以及像素数
F ig. 1　The image of leaf and sca le ruler, the software ruler read ing W , H and the p ixels of rectangle
112　方法步骤
选取待测果树叶片 , 将待测叶片和一把刻度直尺靠近放在一张背景白纸上 , 利用数码相机 (或
数码摄像机 ) 拍照获取叶片和刻度直尺的图像 (图 1)。注意照相时尽量使镜头与叶片平面垂直、使
刻度直尺与数码相机的取景框平行 ; 田间测量时由两人配合完成 , 用硬白纸板作背景 , 一人负责用透
明刻度直尺将叶片压在硬白纸板上 , 另一人负责拍照。
获取的图像导入计算机 , 可采用 BMP格式存储叶片图像。由于不同存储格式对像素个数没有影
响〔1〕, 也可采用 JPG格式存储图像以节省存储空间和叶片图像处理时间。
打开 Photoshop 610软件进行叶片图像处理〔4〕。首先 , 在 Photoshop 610软件中打开叶片图像 , 选
择 ‘窗口 ’菜单下的 ‘显示信息 ’选项和 ‘视图 ’菜单下的 ‘显示标尺 ’选项 , 此时刻度直尺一般
与软件中的标尺是平行的。如果不平行 , 可利用 ‘图像 ’菜单下的 ‘旋转画布 ’选项进行 ‘任意角
度 ’调整 , 使之平行。然后 , 选取 ‘矩形选框工具 ’, 画出一个在刻度直尺上宽度为 8 cm的矩形
(即宽度略大于叶片宽且其值为整数的矩形 ) , 记下显示在右边 ‘信息 ’栏显示的宽度值 W 和高度值
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　4期 苑克俊等 : 利用数码相机测定果树叶面积的新方法 　
H。图 1显示测量的这个矩形 W为 11139、H为 12114, 说明软件标尺上的 11139相当于实际的 8 cm。
通过计算可知 , 高度 H值 12114相当于实际的 815268 cm , 12114 /11139 ×8 = 815268。利用 ‘图像 ’
菜单下的 ‘直方图 ’选项 , 得到这个宽度值 W 为 11139 (即 8 cm )、高度值 H为 12114 (即 815268
cm) 的矩形像素数为 111 112。选取 ‘魔棒工具 ’, 利用 ‘魔棒工具 ’选定叶片周边轮廓 , 再利用
‘图像 ’菜单下的 ‘直方图 ’选项 , 可得到这个叶片的像素数 54 269 (图 2)。
计算可得每平方厘米面积的像素数为 : 111 112 / (8 ×815268) = 1 629; 实际叶面积为 : 54 269 /
1 629 = 33131 ( cm2 )。
图 2　叶片周边轮廓及叶片的像素数
F ig. 2　The con tour line of leaf and the p ixels of leaf image
需注意的是 , 本例中刻度直尺与软件标尺的换算关系是 8∶11139, 对于不同的叶片其换算关系是
不同的 , 每一个叶片都要单独测定。测量确定换算关系时 , 选取较大的刻度直尺值有助于减少测量误
差的影响 , 因此宜在刻度直尺上选取较大的值 (如 8、10 cm等 ) 来确定换算关系。
113　方法应用试验
以红富士苹果树的 5个生长枝中部叶片为试材 , 每枝各取 3个苹果叶片 , 首先在网格为 1 mm ×
1 mm的坐标纸上描图测出每个叶片的实际叶面积 , 然后利用新方法获得其测算叶面积 ; 葡萄试验则
以巨峰品种的叶片为试材 , 自 5个生长枝中上部各取 3个葡萄叶片 , 首先在坐标纸上描图测出每个叶
片的实际叶面积 , 然后利用新方法获得其测算叶面积。另外 , 取 1个红富士苹果叶片和 1个巨峰葡萄
叶片各进行 10次测量以检验方法的重现性。对试验结果用 EPS298软件进行统计分析〔5〕。
2　结果与分析
由表 1可看出 , 新方法测算苹果叶面积的误
差仅为 0157% ～0180% , 测算葡萄叶面积的误差
仅为 1105% ～1143% , 说明用新方法可相当准确
地测算果树叶面积。试验结果还表明 , 新方法测
算苹果和葡萄叶面积的变异系数仅分别为 0122%
和 0123% , 说明新方法的重现性非常好。由于新
方法的测算准确度高、重现性好 , 在采用简便的
叶片长宽乘积系数法测量活体叶面积时 , 可考虑
表 1　新方法测算的叶面积结果
Table 1　Results of leaf area determ ined by new m ethod
树种
Tree
species
叶片数
Leaf
numbers
实际叶面积
Actual leaf
area ( cm2 )
测算叶面积
Measuring
leaf area ( cm2 )
平均误差
Mean error
( % )
t - 测验
t2test
苹果 5 36133 36142 0180 ns
App le 5 37167 37178 0157 ns
5 37182 37185 0180 ns
葡萄 5 53150 53191 1105 ns
Grape 5 56190 57163 1143 ns
5 54102 54178 1143 ns
　　注 : ns代表差异不显著。
Note: ns rep resents non2significant at 5% level.
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采用新方法来建立相关校正系数。
本文提出的数码相机拍照法充分利用已大量普及的数码相机 (或数码摄像机 ) , 可直接进行树上
叶片的非破坏性测定 , 面积计算建立在计算机图像处理技术基础上 , 具有严密的科学性。它具有测量
简便迅速、可批量测量以及测算精度高等优点 , 几乎可以适用于所有叶片 , 不受叶片形状、大小、厚
薄等因素的影响 , 当然也可用于叶片形状不规则的葡萄、银杏等果树的叶面积测量。由于其测量过程
和计算过程分开 , 可大大减轻田间工作量 , 特别适合于批量测量和批量计算处理 , 也特别适合人们利
用随身携带的数码相机 (或数码摄像机 ) 随时进行叶片测量。在数码相机、数码摄像机和计算机日
益普及的今天 , 这一方法具有良好的应用前景。
参考文献 :
1　杨劲峰 , 陈　清 , 韩晓日 , 李晓林 , H P L iebig. 数字图像处理技术在蔬菜叶面积测量中的应用. 农业工程学报 , 2002, 18 ( 4) :
155～158
Yang J F, Chen Q, Han X R, L i X L, L iebig H P. Measurement of vegetable leaf area using image p rocessing techniques. Transactions of
the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2002, 18 (4) : 155～158 ( in Chinese)
2　苑克俊 , 孙瑞红. 果树叶面积的一种新测算方法. 中国果树 , 1994 (3) : 41～42
Yuan K J, Sun R H. A new method for determ ining leaf area of fruit trees. China Fruits, 1994 (3) : 41～42 ( in Chinese)
3　李宝光 , 黄　芳. 植物叶片面积的测定方法. 山东理工大学学报 (自然科学版 ) , 2004, 18 (4) : 95～96
L i B G, Huang F. Measurement of p lant leaf area. Journal of Shandong University of Technology ( Sci & Tech) , 2004, 18 (4) : 95～96 ( in
Chinese)
4　计算机教育图书研究室编. 中文版 Photoshop 610速成. 北京 : 航空工业出版社 , 2001. 298页
Workshop of computer education books. Photoshop 610 (Chinese version) . Beijing: Aviation Industry Press, 2001. 298p ( in Chinese)
5　苑克俊 , 李震三 , 张道辉 , 孙玉刚 , 孙瑞红. EPS298科研数据处理软件简介. 计算机与农业 , 1999 (4) : 21～24
Yuan K J, L i Z S, Zhang D H, Sun Y G, Sun R H. A brief introduction to EPS298 experiment2data p rocessing software. Computer and Ag2
riculture, 1999 (4) : 21～24 ( in Chinese)
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