估计叶片的叶绿素含量的方法技术

本发明专利技术涉及一种估计叶片(12)的叶绿素含量的方法，所述方法包括：提供设备(10)，其中，所述设备包括：移动计算设备(14)，其包括数字相机(16)；以及可移除地附接到所述移动计算设备的外围设备(18)，所述外围设备包括光源(20)，当所述外围设备可移除地附接到所述移动计算设备时，所述光源与所述数字相机对准，使得所述光源(20)可以照亮所述数字相机(16)的镜头，其中，所述外围设备提供光源(20)与数字相机(16)之间的空间(19)；在叶片(12)没有插入在数字相机与光源之间的情况下，由数字相机(16)捕获开启的光源的第一图像(34a)；提取第一图像的曝光数据；在叶片插入在数字相机和开启的光源之间的情况下通过数字相机捕获第二图像(34b)；提取第二图像的曝光数据；以及使用处理器，基于第一图像和第二图像的所提取的曝光数据来估计叶片的叶绿素含量，其中，曝光数据包括曝光时间、F数和ISO值中的至少一个。F数和ISO值中的至少一个。F数和ISO值中的至少一个。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】估计叶片的叶绿素含量的方法


[0001]本专利技术涉及一种估计叶片的叶绿素含量的方法、计算机程序产品、计算机可读存储介质、电信号和移动计算设备。

技术介绍

[0002]植物叶片的叶绿素含量与植物的营养状态有关。因此，通过测量叶绿素含量，就可以确定植物是否需要另外的肥料。
[0003]Konica Minolta的SPAD
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502Plus是一种用于叶片的叶绿素含量的便携式测量设备。SPAD
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502Plus通过使用两个LED(发光二极管)元件和一个硅树脂光电二极管测量叶片在两个波长区域中的吸光度来确定存在的叶绿素的相对量。然而，这种专用设备相对昂贵，并且因此可能不是每个人可用的。
[0004]此外，WO2019081729公开了一种用于确定植物的状态的手持设备(例如，智能电话或平板电脑)，包括：多像素数字颜色传感器；光源(例如，智能电话的闪光灯)，其被布置用于提供宽带照明，其中，光源和多像素数字颜色传感器被布置在基本上相同的平面中；光导，用于将来自所述光源的光引导到多像素数字颜色传感器的方向中；采样空间，其提供在所述多像素数字颜色传感器和所述光源之间，用于将所述植物的至少一部分插入其中；以及，处理单元，其被布置用于至少控制所述多像素数字颜色传感器和所述光源。所述光导可以可拆卸地附接到智能电话或平板电脑。所述处理单元可以被布置用于控制所述多像素数字颜色传感器和所述光源，以便在所述光源接通的情况下获得所述植物部分的第一图像，并且在所述光源关断的情况下获得所述植物部分的第二图像，其中，所述多像素数字颜色传感器被布置用于获得至少红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)颜色分量，所述红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)颜色分量一起形成了颜色分量的集合，并且其中，所述处理单元被布置用于执行至少以下操作：(i)确定第一颜色值，所述第一颜色值代表所述第一和第二图像中的所述颜色分量中的第一颜色分量的强度值的差；(ii)确定第二颜色值，所述第二颜色值代表所述第一和所述第二图像中的所述颜色分量中的第二颜色分量的强度值的差；(iii)使用所述第一颜色值和所述第二颜色值计算代表所述植物的状态的值。虽然WO2019081729中的设备可以降低成本，因为其可以使用现有的智能电话或平板电脑，但是在处理能力的通用性和使用方面仍然有改进的空间。
[0005]此外，在2017年12月在Photosyntica的卷55，第4版，第 603
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610页的Versali等人的“Feasibility of using smart phones to estimate chlorophyll content in corn plants（使用智能电话来估计玉米植物中的叶绿素含量的可行性）”的文章中公开了智能电话和具有附接到智能电话的LED(发光二极管)的灯保持器，其中，以光辅助的光谱吸收光度测定法来捕获LED顶部上的叶片的图像。在光辅助的光谱吸收光度测定法中，包括ISO、曝光时间等的智能电话相机的所有设置保持恒定。从所获取的图像中提取R、G和B分量以及各种指标。然而，Versali等人的解决方案的缺点在于，它可能需要相当大的处理能力。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是克服或至少减轻上述问题。
[0007]根据本专利技术的第一方面，这个和其他目的是通过一种估计叶片的叶绿素含量的方法来实现的，所述方法包括：提供设备，其中，所述设备包括：移动计算设备，包括数字相机；以及，可移除地附接到所述移动计算设备的外围设备，所述外围设备包括光源，当所述外围设备可移除地附接到所述移动计算设备时，所述光源与所述数字相机对准，使得所述光源可以照亮所述数字相机的镜头，其中，所述外围设备在所述光源和所述数字相机之间提供了空间，使得所述叶片可以插入在所述数字相机和所述光源之间；在所述叶片没有插入所述数字相机和所述光源之间的情况下，通过所述数字相机捕获开启的光源的第一图像；提取所述第一图像的曝光数据；在所述叶片插入所述数字相机和所述开启的光源之间的情况下，通过所述数字相机捕获第二图像；提取所述第二图像的曝光数据；以及使用处理器，基于第一图像和第二图像的所提取的曝光数据来估计叶片的叶绿素含量，其中，曝光数据包括曝光时间、F数和ISO值中的至少一个。也就是说，处理器可以基于第一图像和第二图像的曝光时间、F数和ISO值中的至少一个来估计叶片的叶绿素含量。处理器可以被包括在前述的移动计算设备中。所述方法可以(至少部分地)是计算机实现的。
[0008]外围设备也可被称为移动计算设备的附件。外围设备可例如包括将外围设备夹持到移动计算设备的U形夹具和将光源保持在数字相机前面使得光源可以照亮数字相机的镜头的保持器。此外，由数字相机捕获的第一和第二图像可以是记录的图像或实况图像。在后一种情况下，所提取的曝光数据可以是来自数字相机的传感器的实时读数。此外，第一图像和第二图像可以在移动计算设备指示用户插入/移除叶片的同时由数字相机来自动捕获。
[0009]本专利技术基于这样的理解，即，没有叶片和具有叶片的第一和第二图像的曝光数据（优选Exif数据）可以方便地用于估计叶片的叶绿素含量。即，取决于叶绿素含量，叶片将吸收更多或更少的由光源发射的光，这通常会导致例如与第一图像相比，第二图像的更长的曝光时间和/或更小的F数(更宽的孔径)，如曝光数据所指示的。借助于本专利技术，与更先进的图像分析技术相比，估计叶片的叶绿素含量所需的处理能力大大降低。因此，也可以使用不太强大并且通常不太昂贵的移动计算设备，诸如低端智能电话。此外，该设备(方法)相对于成本来说是高度精确的。此外，由于光源在移动计算设备的外部并且不使用光导，所以可以可移除地附接或可附接到移动计算设备上并且包括光源的外围设备可以被设计成适合包括数字相机的大多数移动计算设备，从而使得本设备(方法)非常通用。
[0010]曝光数据可以是Exif(可交换图像文件格式)数据。Exif是规定用于处理由数字相机记录的图像文件的设备的图像格式的标准。Exif数据在本专利技术中便于使用，因为它在包括数字相机的许多移动计算设备中是容易获得的。
[0011]如上所述，曝光数据可以包括曝光时间、F数和ISO值中的至少一个。曝光时间是数字相机的传感器暴露于光时的时间长度，F数是数字相机中焦距与孔径的比率，并且ISO值是“胶片速度”。
[0012]移动计算设备可以控制数字相机，使得以相同的曝光时间和ISO值捕获第一图像和第二图像，并且基于第一图像和第二图像的F数的任何变化来估计叶片的叶绿素含量。例如，对于两个图像，曝光时间和ISO值可以分别设置为1/125s和ISO 100，而F数可以从比如5.6减小到4(处于快门优先模式的数字相机)，其中，该减小指示叶片的叶绿素含量。通常，
叶绿素越多，所需的孔径开口越大(F数越小)。在另一实施例中，移动计算设备可以控制数字相机，使得以相同的F数和ISO值来捕获第一图像和第二图像，并且基于第一图像和第二图像的曝光时间的任何变化来估计叶片的叶绿素含量(处于孔径优先模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种估计叶片(12)的叶绿素含量的方法，所述方法包括：提供设备(10)，其中，所述设备(10)包括：移动计算设备(14)，其包括数字相机(16)；以及可移除地附接到所述移动计算设备的外围设备(18)，所述外围设备包括光源(20)，当所述外围设备(18)可移除地附接到所述移动计算设备(14)时，所述光源（20）与所述数字相机(16)对准，使得所述光源(20)可以照亮所述数字相机(16)的镜头，其中，所述外围设备(18)提供在所述光源(20)与所述数字相机(16)之间的空间(19)，使得所述叶片(12)可插入在所述数字相机(16)与所述光源(20)之间；在所述叶片(12)未插入在所述数字相机(16)与所述光源(20)之间的情况下，由所述数字相机(16)捕获(S4)开启的光源(20)的第一图像(34a)；提取(S5)所述第一图像(34a)的曝光数据；在所述叶片(12)插入在所述数字相机(16)和开启的光源(20)之间的情况下，由所述数字相机(16)捕获(S8)第二图像(34b)；提取(S9)所述第二图像(34b)的曝光数据；以及使用处理器，基于所述第一图像和所述第二图像(34a、34b)的所提取的曝光数据来估计所述叶片(12)的叶绿素含量，其中，所述曝光数据包括曝光时间、F数和ISO值中的至少一个。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述移动计算设备(14)控制所述数字相机(16)，使得以相同的F数来捕获所述第一图像和所述第二图像(34a、34b)。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，基于第一和第二图像(34A，34b)的所提取的曝光数据估计叶片(12)的叶绿素含量包括基于第一和第二图像(34a，34b)的所提取的曝光数据确定第一和第二图像(34a，34b)的照度值并且基于所确定的照度值确定衰减值。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，估计所述叶片(12)的叶绿素含量还基于所述叶片(12)的预定义厚度，所述叶片(12)的所述预定义厚度基于来自对所述移动计算设备(14)的用户输入的作物类型和播种后的天数。5.根据权利要求3和4所述的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：I，
申请(专利权)人：亚拉国际有限公司，
类型：发明
国别省市：