本发明专利技术提供一种基于机器视觉的植物茎秆直径测量装置和测量方法，测量装置包括摄像机（１）、环形ＬＥＤ光源（２）、支撑架（３）、圆柱形参照物（４）、ＩＥＥＥ１３９４信号光纤传输器（５）、数据传输电缆（６）和计算机（７）。测量方法是利用摄像机（１）在一定的时间间隔内获取待测植物茎秆和圆柱形参照物（４）的图像，通过ＩＥＥＥ１３９４信号光纤传输器（５）和数据传输电缆（６）传输到计算机（７），利用计算机内安装的图像处理软件计算植物茎秆直径。本发明专利技术有效解决了现有测量工具对植物茎秆直径变化的约束影响，避免了测量不同植物茎秆更换不同量程传感器的麻烦，可用于无损在线监测植物茎秆直径及某一时间段内直径的微小变化量。
【技术实现步骤摘要】
技术领城本专利技术涉及一种植物茎秆直径的测量装置和测量方法，特别是涉及一种利用 机器视觉技术测量植物茎秆直径的装置和方法。
技术介绍
植物的水分状况并不仅仅取决于土壤的水分状况，它还与大气蒸发量的变 化、植物根系分布状况、植物生长及生理特性、水分输导能力等方面的因素有 关。因此，利用植物本身的水分状况作为灌溉的依据，比利用土壤水分状况更 可靠。植物茎秆直径及其微小变化被公认为是表征植物水分状况的重要生理指 标，研究开发能够精确、高效、快捷的测量植物茎秆直径的装置和方法，实时 在线监测植物茎秆直径及其微小变化，判断植物水分胁迫状况，对指导节水灌 溉，充分、高效利用稀缺水资源，达到用最小的成本和资源量获取最大限度的 经济收益，具有重要意义。目前测量植物茎秆直径的装置和方法主要是采用线 性变化传感器和传感解调器，具有一定的局限性由于测量时需要与植物茎秆 接触，使得测量范围较窄，为保证测量精度，对不同种类的植物茎秆进行直径 测量时必须更换不同量程的传感器，操作复杂，测量成本高；仅能够测量植物 茎秆直径的相对变化量，却无法高精度得到植物茎秆直径的绝对值；同时，由 于需要利用弹簧将测量装置固定在植物茎秆上，会对植物的茎秆生长有一定的 约束，影响到茎秆直径微小变化的测量准确度。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术的目的在于针对现有测量植物茎秆直径的装置和方法测量不同植物 茎秆直径需要更换不同量程的传感器、无法测量植物茎秆直径的绝对值、约束植物茎秆自然生长的局限性，提供一种基于机器视觉的植物茎秆直径测量装置 和测量方法，通过在设定时间间隔内对植物茎杆图像进行定时采集，利用图像 处理算法分析并计算出植物茎杆直径，从而计算某一时间段内植物茎秆直径的 微小变化量，实现对植物茎秆直径的无损在线监测，满足农业高效节水灌溉相关 研究对植物茎秆直径微小变化测量的要求。 (二)技术方案为解决上述技术问题，本专利技术的测量装置包括摄像机、环形LED光源、支 撑架、圓柱形参照物、IEEE1394信号光纤传输器、数据传输电缆和计算机。其 特征在于圓柱形参照物直立在待测植物旁边，摄像机选用具有1394标准接口的 工业数字摄像机，将其架设在支撑架上，环形LED光源环绕均匀分布在;l聂像机 镜头的周边，摄像机在时钟触发下对植物蓬秆和圆柱形参照物的图像进行采集， IEEE1394信号光纤传输器通过数据传输电缆与摄像机和计算机连接，将摄像机 采集到的图像传输给计算机，计算机内安装了图像处理软件，在计算机上完成 植物茎秆直径的分析与计算，得到植物茎秆直径及其微小变化量。在上述装置中，利用具有已知直径的圓柱形参照物，确保在不同的光照条 件下能够高精度测量植物茎秆直径；选用具有IEEE1394标准接口的工业数字摄 像机，在数据传输过程中占用资源较少，适合于一台计算机与多台数字摄像机 同时使用，能够对植物群进行在线监测。本专利技术的测量方法包括如下具体方案1、图像采集的方法摄像机架设在支撑架上，放置在距离待测植物茎秆 5-10cm的合适位置，圓柱形参照物直立在待测植物旁5-7mm处，调整圓柱形参 照物的位置，使圆柱形参照物与植物茎秆组成的平面与摄像机镜头的平面基本 平行，调整支撑架的高度和摄像机的焦距，使摄像机镜头的上边缘与待测植物的被测茎秆部位上边缘保持在一个水平面上，并使待测植物茎秆和圓柱形参照 物图像充满摄像机屏幕，通过设置时钟触发摄像机在一定的时间间隔内进行图 像采集。2、 图像传输的方法IEEE1394信号光纤传输器通过数据传输电缆与摄像 机和计算机连接，将摄像机采集到的图像传输给计算机，为保证数据传输质量， 将数据传输电缆的总长度限制在72米以内。3、 图像分析的方法计算机获得传输过来的植物茎秆图像，通过图像处理 软件利用图像的格式转换、中值滤波、自适应背景分割、区域生长、形态学膨 胀、Canny边缘检测、形态学细化等算法对获得的图像进行处理分析，利用处理 后图像中圆柱形参照物的实际直径和像素直径及植物茎秆的像素直径计算植物 茎秆直径的实际值。本专利技术的测量方法特征在于计算机内安装了图像处理软件，利用中值滤波 算法对图像进行去除噪音处理、利用自适应阈值算法对图像进行背景分割、利 用区域生长和形态学膨胀算法对图像进行增强、利用Canny算子进行图像的边 缘检测、利用形态学算法对图像进行细化处理，并利用处理后图像中圓柱形参 照物的实际直径R、像素直径r和植物茎秆的像素直径a根据公式A=R*a/r计算 植物茎秆直径的实际值A。 (三)有益效果采用本专利技术的测量装置和测量方法能够实现对植物茎秆直径进行无损在线 测量，采集到的图像分辨率可高达2048x1536像素，对于直径小于5mm的作物 茎秆，测量分辨率高达0. G04mm;对于直径为5-10mm的作物茎秆，测量分辨率 为0. 004-0. 007咖。本专利技术方法的操作简单、测量精度高，有效解决了现有测量 工具对植物茎秆直径变化的约束影响，避免了测量不同植物茎秆更换不同量程传感器的麻烦，可以高精度测量植物茎秆直径绝对值和微小变化量，能够满足 农业高效节水灌溉相关研究对植物茎秆直径微小变化测量的要求。附图说明图l是本专利技术的测量装置结构图。闳7太*日日AA闳應补:t审^/itAA々:i^fj闳"^^^^^,十""""^-^1fc"M J |々、,>^,ii M v Z口 ，「y 0具体实施例方式实施例1:测量装置结构如图l所示。包括摄像机l、环形LED光源2、支撑架3、圆柱 形参照物4、 IEEE1394信号光纤传输器5、数据传输电缆6和计算机7。圆柱形 参照物4直立在待测小麦植株旁边，摄像机1架设在支撑架3上，环形LED光 源2环绕均匀分布在摄像才几1镜头的周边，摄像机1在时钟触发下对小麦茎秆 和圓柱形参照物4的图像进行采集，IEEE1394信号光纤传输器5通过数据传输 电缆6与摄像机1和计算机7连接。测量方法是:摄像机1架设在支撑架3上，放置在距离待测小麦植抹茎秆 5-1 Ocm的合适位置，圆柱形参照物4直立在待测小麦植4朱旁5-7mm处，调整圆 柱形参照物4的位置，使圆柱形参照物4与小麦植抹茎秆组成的平面与摄像机1 镜头的平面基本平行，调整支撑架3的高度和摄像机1的焦距，使摄像机1镜 头的上边缘与待测小麦植抹的被测茎秆部位上边缘保持在一个水平面上，并使 待测小麦植林茎秆和圆柱形参照物4图像充满摄像机1屏幕，通过设置时钟触 发摄像机1在一定的时间间隔内进行图像采集，IEEE1394信号光纤传输器5通 过数据传输电缆6与摄像机1和计算机7连接，将摄像机1采集到的图像传输 给计算机7，为保证数据传输质量，将数据传输电缆6的总长度限制在72米以 内，计算机l内安装了图像处理软件，在计算机l上完成小麦植抹茎秆直径的分析与计算，得到小麦植抹茎秆直径及其微小变化量。图像处理软件的结构如图2所，包括图像采集、格式转换、图像处理和茎 秆直径数据显示。具体图像处理算法如下1、 中值滤波图像信息在采集过程中会受到很多噪声源的干扰，这些噪声在图像上通常表 现为一些孤立的像素点，若不经过滤波处理，会对以后的背景分割带来影响。 中值滤波器是排序滤波器的一种，即可做到噪声抑制、滤除脉冲干扰及图像扫 描噪声，又可本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于机器视觉的植物茎秆直径测量装置，包括摄像机（１）、环形ＬＥＤ光源（２）、支撑架（３）、圆柱形参照物（４）、ＩＥＥＥ１３９４信号光纤传输器（５）、数据传输电缆（６）和计算机（７），其特征是圆柱形参照物（４）直立在待测植物旁边，摄像机（１）选用具有１３９４标准接口的工业数字摄像机，将其架设在支撑架（３）上，环形ＬＥＤ光源（２）环绕均匀分布在摄像机（１）镜头的周边，摄像机（１）在时钟触发下对植物茎秆和圆柱形参照物（４）的图像进行采集，ＩＥＥＥ１３９４信号光纤传输器（５）通过数据传输电缆（６）与摄像机（１）和计算机（７）连接。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵春江，王成，张云鹤，乔晓军，张馨，侯瑞锋，田宏武，杨月英，杜小鸿，陈红，姚远方，
申请(专利权)人：北京农业信息技术研究中心，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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