本发明专利技术公开一种基于手持设备的植物叶片含氮量测量方法和装置，属于植物叶片含氮量测量领域。该方法通过手持设备一体化完成对叶片拍照、图像处理和计算，获得叶片的含氮量。该装置包括一个安装有叶片含氮量测量软件的手持设备（4）、一块背景板（1）和一个标定色块组（2）。标定色块组（2）和被测植物叶片（3）分别置于背景板（1）上的不同位置，手持设备（4）位于背景板（1）的正上方。背景板（1）正面的颜色区别于被测植物叶片（3）颜色，标定色块组（2）固定在背景板（1）上，颜色区别于背景板（1）正面颜色及被测植物叶片（3）颜色，且颜色信息已知。该方法和装置能快速、方便、现场实时地测定植物叶片含氮量。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开一种基于手持设备的植物叶片含氮量测量方法和装置，属于植物叶片含氮量测量领域。该方法通过手持设备一体化完成对叶片拍照、图像处理和计算，获得叶片的含氮量。该装置包括一个安装有叶片含氮量测量软件的手持设备（4）、一块背景板（1）和一个标定色块组（2）。标定色块组（2）和被测植物叶片（3）分别置于背景板（1）上的不同位置，手持设备（4）位于背景板（1）的正上方。背景板（1）正面的颜色区别于被测植物叶片（3）颜色，标定色块组（2）固定在背景板（1）上，颜色区别于背景板（1）正面颜色及被测植物叶片（3）颜色，且颜色信息已知。该方法和装置能快速、方便、现场实时地测定植物叶片含氮量。【专利说明】一种基于手持设备的植物叶片含氮量测量方法和装置
本专利技术涉及一种植物叶片含氮量的测量方法和装置，属于植物叶片含氮量测量领域。具体地说是涉及一种基于手持设备的植物叶片含氮量测量方法，以及一种用于所述测量方法的植物叶片含氮量测量装置。
技术介绍
氮素是植物所需营养中最重要的和不可缺少的元素，目前对于植物氮素营养测量的研究已经做了大量的工作，普遍的氮素营养测量方法主要包括以下方面:①土壤氮素测量:土壤氮素的测量主要包括土壤全氮测量，有效氮测量和土壤无机氮测量。该方法成熟，结果稳定、可靠，但操作繁琐、费时，且结果与作物生长的相关性不好化学方法测量:化学方法测量是通过化学分析方法找到不同植株器官的氮素营养临界浓度来实现测量的方法。化学方法主要有植株全氮测量和硝酸盐测量。植株全氮含量可以很好地反映作物氮素营养状况，与作物产量也有较好的相关性，且全氮含量测定值相对比较稳定，是一个很好的测量指标。但由于全氮测量操作繁琐，专业要求高、且工作量大，费工、费时、成本高，在推广应用中有一定的局限性。③叶绿素仪含氮量测量:叶绿素计法将植物叶片插入叶绿素计测定部位感光后读出叶绿素值(叶色值)，根据与植株含氮量的关系确定氮素诊断的叶色值。叶绿素计具有体积小、重量轻、携带方便、测定方法简单、不损伤植被、测量准确等特点已被广泛应用。④氮营养失调的外观测量:氮营养失调的外观检测主要包括症状检测、长势长相检测和叶色检测。氮营养失调的外观检测主要包括症状检测、长势长相检测和叶色检测。 准确、快速、及时地对作物氮营养状况做出判断是氮肥合理施用的基础，也是植物营养工作者一直研究的热点课题之一。作物在生长发育过程中对氮素的需求较大，缺氮会直接影响作物的生长和产量，然而氮肥施用过多又会造成肥料利用率下降、作物品质降低，地下水污染和温室气体排放等问题。准确掌握植株的营养状况，才能更合理地进行肥料投入，防止肥料浪费和对环境的污染。因此，建立一个简便、快速、准确的营养诊断方法已成为当务之急。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种基于手持设备的植物叶片含氮量测量方法和装置，以提高植物叶片含氮量测量的速度、精确度、现场实时性和便携性。本专利技术是基于现有手持设备的硬件平台和软件平台。硬件要求要具备拍照、存储等功能。软件系统为支持硬件操作的软件平台，通过安装的自编软件实现植物叶片含氮量测量过程中的摄像头调用，图像处理、统计分析、人机交互和显示等功能。 本专利技术保护的技术方案要解决的技术问题是:1)如何选择并配置背景板、标定色块组以使背景板、标定色块组、叶片颜色各异并便于测量现场操作简单、便捷以；2)如何利用手持设备获得完整的数码照片；3)如何用手持设备一体化地完成图像处理及获得计算结果以及如何更快捷测量叶片含氮量；本专利技术的基于手持设备的植物叶片含氮量测定方法包括以下步骤:(I)选择拍摄背景与标定色块组:选择一块被测植物叶片颜色相区别的纯色不透明平板作为背景板；在背景板上固定一个标定色块组，标定色块组的每一个色块的颜色为纯色，且不同于背景板和被测植物叶片，且颜色信息已知。 (2)植物叶片图像的采集:将被测植物叶片放在背景板正面，且与标定色块组的位置临近。通过运行安装在手持设备中的软件调用摄像头进行拍摄，采集在背景板区域内，包含被测植物叶片和标定色块组在内的完整的图像，并将图像保存在手持设备的存储卡中。 (3)植物叶片图像特征信息的提取:在手持设备中通过数字图像处理程序提取植物叶片区域的颜色特征信息。植物叶片图像特征提取包括以下步骤:通过图像滤波、图像色彩校正、图像裁剪和图像分割，将植物叶片区域从背景中分割；通过遍历被测植物叶片区域，统计植物叶片区域的颜色特征信息。 (4)植物叶片含氮量的计算:根据已经建立的植物叶片含氮量与植物叶片颜色特征信息的数学模型，计算植物叶片含氮量。 上述方法中图像处理包括图像滤波，图像滤波可以减少和消除图像中的“噪音”，以改善图像质量。本方法中采用线性滤波法。线性滤波的算法如下:①分别于每一个通道下，从左到右，从上到下顺序遍历图像的每一个像素U_7);②把模板算子的中心与该输入像素Cr，_7)重叠，把该像素与模板进行卷积运算，把运算的结果作为输出图像在该通道下对应像素的灰度值；③如果所有像素都处理完毕，则算法结束，否则转向①。 上述方法中图像处理包括图像色彩校正，图像色彩校正可以减少CMOS摄像头在自然光条件下拍摄图像过程中由于光照和硬件自身非线性畸变造成的图像色彩畸变。本方法中采用基于标定色块组的图像色彩校正方法。基于标定色块组的图像色彩校正方法的算法如下:①通过阈值分割图像中的标定色块组中的灰度色块，遍历灰度色块区域，分别统计R通道的均值、G通道的均值GW2p和B通道的均值馬&。 ②求出、σ_和的均值,并分别求出RGB三通道的灰度校正系数Gr、Gg 和 Ga。 【权利要求】1.一种基于手持设备的植物叶片含氮量测量方法，其特征在于，按照如下步骤进行: (1)选择拍摄背景与标定色块组:选择一块与被测植物叶片颜色相区别的纯色不透明平板作为背景板(I);在背景板(I)上固定一个标定色块组(2)，标定色块组(2)由多个不同颜色的纯色色块构成；标定色块组(2)各色块的颜色不同于背景板(I)和被测植物叶片(3)，且标定色块组(2)各色块的颜色特征信息已知； (2)植物叶片图像的采集:将被测植物叶片(3)放在背景板(I)正面，且与标定色块组的位置临近；通过运行安装在手持设备(4)中的植物叶片含氮量测量软件调用摄像头进行拍摄，采集在背景板(I)区域内包含被测植物叶片(3)和标定色块组(2)在内的完整的图像，并将图像保存在手持设备(4)的存储卡中； (3)植物叶片图像特征信息的提取:在手持设备(4)中通过数字图像处理程序提取植物叶片(3)区域的颜色特征信息；具体包括以下步骤:通过图像滤波、图像色彩校正、图像裁剪和图像分割，将植物叶片(3)区域从背景中分割；通过遍历被测植物叶片(3)区域，统计植物叶片(3)区域的颜色特征信息； (4)植物叶片含氮量的计算:根据已经建立并存储于手持设备中的植物叶片(3)含氮量与植物叶片(3)颜色特征信息之间的数学模型计算植物叶片(3)含氮量。2.根据权利要求1所述的一种基于手持设备的植物叶片含氮量测量方法，其特征在于采用线性滤波法进行图像滤波；采用标定色块组(2)法进行图像色彩校正；采用阈值法进行图像二值化。3.一种用于实现权利要求1所述的一种基于手持设备的植本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于手持设备的植物叶片含氮量测量方法，其特征在于，按照如下步骤进行：（1）选择拍摄背景与标定色块组：选择一块与被测植物叶片颜色相区别的纯色不透明平板作为背景板（1）；在背景板（1）上固定一个标定色块组（2），标定色块组（2）由多个不同颜色的纯色色块构成；标定色块组（2）各色块的颜色不同于背景板（1）和被测植物叶片（3），且标定色块组（2）各色块的颜色特征信息已知；（2）植物叶片图像的采集：将被测植物叶片（3）放在背景板（1）正面，且与标定色块组的位置临近；通过运行安装在手持设备（4）中的植物叶片含氮量测量软件调用摄像头进行拍摄，采集在背景板（1）区域内包含被测植物叶片（3）和标定色块组（2）在内的完整的图像，并将图像保存在手持设备（4）的存储卡中；（3）植物叶片图像特征信息的提取：在手持设备（4）中通过数字图像处理程序提取植物叶片（3）区域的颜色特征信息；具体包括以下步骤：通过图像滤波、图像色彩校正、图像裁剪和图像分割，将植物叶片（3）区域从背景中分割；通过遍历被测植物叶片（3）区域，统计植物叶片（3）区域的颜色特征信息；（4）植物叶片含氮量的计算：根据已经建立并存储于手持设备中的植物叶片（3）含氮量与植物叶片（3）颜色特征信息之间的数学模型计算植物叶片（3）含氮量。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：郭文川，周超超，韩文霆，
申请(专利权)人：西北农林科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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