基于图像的双波长植物叶片叶绿素含量检测方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于图像的双波长植物叶片叶绿素含量检测方法和装置，属于光学成分检测技术领域。解决的技术问题是提供一种成本低廉、结果稳定的植物叶片叶绿素含量检测方法和装置。组成结构包括蓄电池、充电口、检测光源开关、参考光源开关、检测光源、参考光源、铰链、叶片透光口、壳体、相机孔、智能手机。通过拍摄检测波长和参考波长光照射下植物叶片的图片，利用编写的软件提取出叶子部分，计算出检测波长和参考波长照射下图像叶子部分的平均光强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

【技术实现步骤摘要】
基于图像的双波长植物叶片叶绿素含量检测方法和装置
本专利技术涉及光学成分检测
，特别涉及基于图像的双波长植物叶片叶绿素含量检测方法和装置。
技术介绍
叶绿素是绿色植物进行光合作用不可或缺的成分，不同生长期植物叶片叶绿素的含量一定程度上可以反映绿色植物的健康情况。我国存在较为严重的化肥滥用现象，通过监测绿色植物叶片的叶绿素含量可以为按需施肥提供依据。植物叶片叶绿素含量检测的传统方法有分光光度法，SPAD仪法等。分光光度法结果准确，但需要将叶片研磨，并且需要较多的仪器、试剂，检测时间较长。SPAD仪法检测速度快，但需要使用昂贵的SPAD仪，成本较高。中国专利公开号CN105574516A，公开日2016年05月11日，专利技术创造名称为“可见光图像中基于logistic回归的观赏凤梨叶绿素检测方法”，该申请公开了“一种观赏凤梨的叶绿素检测方法，主要是在观赏凤梨叶片的可见光图像中，通过采样区域聚类，建立R、G、B数值与叶绿素含量之间的logistic回归模型，并使用该回归模型估算观赏凤梨叶片叶绿素含量值。”类似的研究在周超超2014年题为“基于Android手机平台的玉米叶片含氮量检测方法研究”的硕士论文中也有涉及，文中31页指出玉米叶片图像的R、G、B值与反映叶绿素含量的SPAD值的相关性系数分别为0.4907、0.1497、和0.6849，经过颜色校正的玉米叶片的Rs、Gs、Bs值与其SPAD值的相关性系数分别为0.2081、0.7557、0.2044。在该专利技术中，没有考虑光源发色倾向对观赏凤梨叶片图像的影响，因此检测精度和稳定性较低。中国专利公开号CN104266970A，公开日2015年01月07日，专利技术创造名称为“三波长漫反射光学叶绿素检测装置”，该申请公开了“一种三波长漫反射光学叶绿素检测装置，包括嵌套，插装于所述嵌套内的检测单元；扣合在所述检测单元顶部的密封盖；其特征在于：所述检测单元包括自土而下开设有三级阶梯孔的圆柱体，所述圆柱体的上端为沿径向外延的因台体结构，所述圆台体的下台面开设有防水环形槽；位于圆台体下方的圆柱体外用面上对称于圆柱体轴线向上倾斜51°-53°均布开设有六个斜孔，所述每个斜孔均与所述第一级阶梯孔相通；所述六个斜孔中相对的两个斜孔为一组；每组中的一个斜孔内自土而下依次设置有凸透镜、LED光源，另一个斜孔内设置有吸光材料；位于第二级阶梯孔内设置有聚光透镜并通过环套运位；位于第三级阶梯孔内设置有光探测器。”其不足之处在于装置结构复杂，制造成本较高。中国专利公开号CN104777108A，公开日2015年07月15日，专利技术创造名称为“一种叶绿素含量的检测装置及方法”，该申请公开了“一种叶绿素含量的检测装置及方法，该方法包括：利用不同浓度的叶绿素溶液，建立叶绿素检测模型；采用两个波长的入射光对待测样本进行检测，获取所述持测样本的叶绿素的吸光度；将所述待测样本的叶绿素的吸光度代入所述叶绿素检测模型，获取所述持测样本的叶绿素的浓度。该方法分别用波长为645nm和663nm的光照射样品，通过光电传感器测量透射光的强度可以得到对应波长下的吸光度值，从而计算出叶绿素的相对浓度值。”其选择检测光波长的依据为“叶绿素a、b在红光区的最大吸收峰分别为663nm和645nm，因选取敏感波段为663nm和645nm。”在实施例中提到“本系统所采用的信号是由发光二极管发出。”其不足之处是只选择了叶绿素敏感波长的光作为检测光源，没有选择其他不受叶绿素影响波长的光作为参考，检测的稳定性和精确度较低；另外LED光的光谱带宽一般为几十纳米，该专利选择的两个敏感波段为663nm和645nm，波长较为接近，因此区别检测两种叶绿素的实现性较低。综上所述，现有技术存在结构复杂，稳定性和重复性不高的问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种成本低廉、结果稳定的植物叶片叶绿素含量检测装置和方法。本专利技术是通过以下技术方案实现的：基于图像的双波长植物叶片叶绿素含量检测方法和装置,组成结构包括蓄电池、充电口、检测光源开关、参考光源开关、检测光源、参考光源、铰链、叶片透光口、壳体、相机孔、智能手机；蓄电池固定于壳体底部，与充电口、检测光源、参考光源相连，检测光源开关、参考光源开关分别控制检测光源、参考光源的工作状态。壳体分为上腔和下腔，上腔是一个封闭的空间，避免自然光干扰，内壁涂成黑色，便于后期图像处理，上腔顶部平面上开有相机孔；下腔内壁为白色，布置有检测光源和参考光源；下腔顶部平面开有叶片透光口，下腔顶部平面与上腔顶部平面平行。所述的检测光源和参考光源均为单波长光源。壳体上腔和下腔通过铰链相连，可以活动，以便于放入叶片样本；壳体下半部分顶端留有叶片透光口，壳体上半部分的底部为空，顶部留有相机孔，壳体的下腔顶端覆盖有一层薄海绵。所述智能手机至少应当拥有1个摄像头，并且支持安装检测软件。本专利技术检测方法包括以下步骤并按以下顺序进行：a．准备工作：将待测叶片置于叶片透光口上，将壳体上腔与下腔扣合，使壳体的上腔成为封闭空间，将智能手机置于相机孔上。b．获取双波长光照射下的叶片图像：打开智能手机中的检测软件，闭合检测光源开关，使检测光源发光，检测软件调用智能手机的摄像头拍照，并将图像存储在手机ROM中；断开检测光源开关，闭合参考光源开关，使参考光源发光，检测软件再次调用智能手机的摄像头拍照，并将图像存储在手机ROM中；c．图像处理：依次对两张图像进行图像平滑，颜色空间转换（RGB空间转换至HSV），被照亮部分叶片提取，显示提取结果，计算被照亮部分叶片图像的平均明度，计算两个波长照射下叶片平均光强I检测和I参考；d．植物叶片叶绿素含量计算：将I检测和I参考带入植物叶片叶绿素含量与I检测和I参考关系的数学模型中，计算出植物叶片叶绿素含量。本专利技术的测量原理是叶绿素对波长为660nm附近的可见光具有明显的吸收作用，以叶子对波长550nm光的吸光度作为参照，可以减少叶片厚度和其他因素对测量精度的干扰。本专利技术通过分别拍摄检测波长和参考波长光照射下植物叶片的图片，将其转换至HSV色彩空间，通过编写的软件提取出被照亮的叶子部分，计算出检测波长和参考波长叶子部分平均光强I检测和I参考；通过测量不同叶绿素含量的植物叶片的叶绿素含量C及其在检测波长和参考波长光下的平均光强建立如下模型：其中K和B为常数。在软件中通过该模型即可计算出植物叶片样本的叶绿素含量。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：a、本专利技术成本低廉，充分利用了现在大多数手机都具有的摄像头作为检测光强的传感器，降低了成本。b、与传统方法只检测叶片上某一点的方法不同，本专利技术通过软件提取出叶片上一个圆形的面作为检测样本，可以提供更好的检测稳定性，减少叶脉等对检测精度和重复性的影响。附图标记1、蓄电池；2、充电口；3、检测光源开关；4、参考光源开关；5、检测光源；6、参考光源；7、铰链；8、叶片透光口；9、壳体；10、相机孔；11、智能手机。附图说明图1是本专利技术的结构图；图2是植物叶片的吸光度与波长关系图；图3是检测软件获取两个波长图像界面图4是检测软件显示提取结果界面图5是检测软件保存文件并计算叶绿素含量界面图6是检测软件显示计算结果界面。具体实施方式下面结合一个优选实施例和附图对本专利技术作本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于图像的双波长植物叶片叶绿素含量检测方法，其特征在于：包括以下步骤并按以下顺序进行：a．准备工作：将待测叶片置于叶片透光口（8）上，将壳体（9）上腔与下腔扣合，使壳体（9）的上腔成为封闭空间，将智能手机（11）置于相机孔（10）上；b．获取双波长光照射下的叶片图像：打开智能手机（11）中的检测软件，闭合检测光源开关（3），使检测光源（5）发光，检测软件调用智能手机（11）的摄像头拍照，并将图像存储在手机ROM中；断开检测光源开关（3），闭合参考光源开关（4），使参考光源（6）发光，检测软件再次调用智能手机（11）的摄像头拍照，并将图像存储在手机ROM中；c．图像处理：依次对两张图像进行图像平滑、颜色空间转换（RGB空间转换至HSV）、被照亮部分叶片提取、显示提取结果、计算被照亮部分叶片图像的平均明度、计算两个波长照射下叶片平均光强I

【技术特征摘要】
1.基于图像的双波长植物叶片叶绿素含量检测方法，其特征在于：包括以下步骤并按以下顺序进行：a．准备工作：将待测叶片置于叶片透光口（8）上，将壳体（9）上腔与下腔扣合，使壳体（9）的上腔成为封闭空间，将智能手机（11）置于相机孔（10）上；b．获取双波长光照射下的叶片图像：打开智能手机（11）中的检测软件，闭合检测光源开关（3），使检测光源（5）发光，检测软件调用智能手机（11）的摄像头拍照，并将图像存储在手机ROM中；断开检测光源开关（3），闭合参考光源开关（4），使参考光源（6）发光，检测软件再次调用智能手机（11）的摄像头拍照，并将图像存储在手机ROM中；c．图像处理：依次对两张图像进行图像平滑、颜色空间转换（RGB空间转换至HSV）、被照亮部分叶片提取、显示提取结果、计算被照亮部分叶片图像的平均明度、计算两个波长照射下叶片平均光强I检测和I参考；d．植物叶片叶绿素含量计算：将I检测和I参考带入植物叶片叶绿素含量与I检测和I参考关系的数学模型中，计算出植物叶片叶绿素含量。2.基于图像的双波长植物叶片叶绿素含量检测装置,其特征在于：组成...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭文川，杨彪，
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