葉片病斑數(shù)量與面積自動(dòng)化測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

程榮花等

摘 要： 本研究以VS.Net2005為開發(fā)平臺(tái)，在Windows XP SP3運(yùn)行環(huán)境下，運(yùn)用單位面積標(biāo)定物和數(shù)字圖像處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了植物葉片病斑數(shù)量和面積的自動(dòng)化測(cè)量。首先利用高分辨率數(shù)碼相機(jī)對(duì)含病斑的活體待測(cè)葉片和單位面積標(biāo)定物進(jìn)行拍照，根據(jù)預(yù)先設(shè)定獲取標(biāo)定物位置，并統(tǒng)計(jì)其像素點(diǎn)數(shù)量，然后利用HSV顏色分量過濾及中值濾波除噪獲得葉片病斑區(qū)域塊，統(tǒng)計(jì)病斑數(shù)量和總像素?cái)?shù)量，通過葉病斑區(qū)域總像素?cái)?shù)量和標(biāo)定物面積換算，最終自動(dòng)計(jì)算出葉片病斑總面積，效果較好。

關(guān)鍵詞： 葉片；病斑數(shù)量；病斑面積；自動(dòng)化測(cè)量；HSV顏色分量過濾

中圖分類號(hào)： S126 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A 文章編號(hào)： 1001 - 4942（2014）08 - 0015 - 04

Design and Realization of Automatic Measuring

System of Leaf Spot Number and Area

Cheng Ronghua1， Ma Fei1，2*， Liang Yahong1， Ma Li1， Zhao Jingru1

（1.College of Resources and Environment， Pingdingshan University，Pingdingshan 467000， China；

2.Computer School of Wuhan University， Wuhan 430072， China）

Abstract It was realized to automatically measure the plant leaf spot number and area by digital image processing technique using calibration per unit area on the development platform of VS.Net2005 in Windows XP SP3 operating environment. Firstly， the living leaf with disease spots and calibration object per unit area was photographed using high resolution digital camera， and the pixel number of calibration object was counted according to a preset position. Secondly，the leaf spot area blocks were obtained using the HSV color component filtering and median filtering； the disease spot number and its total pixels were counted. Finally， the total leaf spot area could be calculated automatically through conversion based on the former statistics. Better effect was obtained.

Key words Leaf； Disease spot number； Disease spot area； Automatic measurement； HSV color component filtering

國(guó)內(nèi)對(duì)基于圖像處理測(cè)定葉面積方法的研究起步較晚，但發(fā)展很快。目前對(duì)植物葉片面積計(jì)算的研究[1～4]，主要集中在利用圖像獲取設(shè)備采集植物葉片圖像，然后利用現(xiàn)有軟件或平臺(tái)實(shí)現(xiàn)植物葉片面積的計(jì)算，而且多是對(duì)完整葉片面積和病斑面積比值[5]的測(cè)量計(jì)算，鮮有對(duì)葉片枯焦、病斑或殘缺等面積參數(shù)的自動(dòng)化、約束相對(duì)較少的計(jì)算。鑒于此，本文通過設(shè)定一定面積的標(biāo)定物，采用計(jì)算機(jī)圖像處理方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)植物葉片病斑數(shù)量和面積的自動(dòng)化測(cè)量。

1 總體設(shè)計(jì)方案

利用高分辨率攝像頭或數(shù)碼相機(jī)，對(duì)活體待測(cè)含病斑區(qū)域的植物葉片和單位面積標(biāo)定物進(jìn)行拍照，利用計(jì)算機(jī)處理樣本圖像；首先進(jìn)行單位面積標(biāo)定物定位并統(tǒng)計(jì)標(biāo)定物像素點(diǎn)數(shù)量，然后對(duì)病斑區(qū)域進(jìn)行HSV顏色過濾并利用中值濾波降噪，統(tǒng)計(jì)葉片病斑的數(shù)量及病斑區(qū)域的像素點(diǎn)數(shù)量，最后根據(jù)標(biāo)定物像素點(diǎn)數(shù)量換算出葉片病斑面積，顯示相應(yīng)的運(yùn)算結(jié)果。

計(jì)算過程中按照?qǐng)D4所示的方式進(jìn)行編碼，有些區(qū)域含有凸出的細(xì)長(zhǎng)點(diǎn)列，會(huì)導(dǎo)致同一區(qū)域被同時(shí)編碼，占用了不同的編碼序號(hào)，如第一個(gè)區(qū)域同時(shí)占有了1和2兩個(gè)編碼，需要在運(yùn)算時(shí)消除一個(gè)序號(hào)，此處消去2，同時(shí)累加原有2編號(hào)的所有像素點(diǎn)數(shù)量，并將存儲(chǔ)在對(duì)應(yīng)數(shù)組中的像素點(diǎn)數(shù)量置為0，即arrPixelOfArea[2]=0；執(zhí)行結(jié)束后，效果如圖3所示，在編碼中對(duì)每個(gè)像素點(diǎn)值中的R分量進(jìn)行了重置，所得病斑數(shù)量為11個(gè)。

3 結(jié)論

本系統(tǒng)采用VS.Net2005開發(fā)實(shí)現(xiàn)，運(yùn)行環(huán)境為Windows XP SP3，CPU 1.6 GHz，內(nèi)存2 GB，實(shí)驗(yàn)圖片大小為300×200像素點(diǎn)；從對(duì)樣本圖像預(yù)處理到結(jié)果輸出，共耗時(shí)1.50 s，運(yùn)算速度相對(duì)較快； 基于HSV顏色空間模型的圖像過濾算法較好地保留了葉病斑目標(biāo)區(qū)域，實(shí)現(xiàn)了精確定位和像素點(diǎn)統(tǒng)計(jì)，運(yùn)算結(jié)果精度較高；系統(tǒng)僅是對(duì)照片圖像進(jìn)行處理，不會(huì)損害原來的葉片樣本，也不會(huì)對(duì)植物造成傷害。本系統(tǒng)為科研人員提供了較為高效和準(zhǔn)確的葉病斑面積測(cè)量方法，為農(nóng)業(yè)信息化和智能化病蟲害診斷[7]提供了有益的嘗試和探索。

參 考 文 獻(xiàn)：

[1] 成麗君，張宇波.機(jī)器視覺在植物葉片葉面積測(cè)算中的應(yīng)用[J].山西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2014，34（3）：277-280.

[2] 石劍飛.采用數(shù)碼圖像處理法測(cè)定油菜葉面積的方法探討[J].中國(guó)油料作物學(xué)報(bào)，2010，32（3）：379-382.

[3] 王忠芝，張金瑞.基于圖像處理的葉面積測(cè)量方法[J].微計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2010，31（5）：68-72.

[4] 郁進(jìn)元.長(zhǎng)寬法測(cè)定作物葉面積的校正系數(shù)研究[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007（2）：37-39.

[5] 程榮花，馬飛，梁亞紅.一種新的茶葉病斑面積比自動(dòng)測(cè)量方法[J].吉林農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2013，38（1）：38-39，43.

[6] 王璞.HSV顏色傳感器葉綠素儀的研究[D].天津：天津大學(xué)，2008.

[7] 程榮花，馬飛，魯書喜.一種新型農(nóng)作物病蟲害監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)方法初探[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，7（4）：171-173.

摘 要： 本研究以VS.Net2005為開發(fā)平臺(tái)，在Windows XP SP3運(yùn)行環(huán)境下，運(yùn)用單位面積標(biāo)定物和數(shù)字圖像處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了植物葉片病斑數(shù)量和面積的自動(dòng)化測(cè)量。首先利用高分辨率數(shù)碼相機(jī)對(duì)含病斑的活體待測(cè)葉片和單位面積標(biāo)定物進(jìn)行拍照，根據(jù)預(yù)先設(shè)定獲取標(biāo)定物位置，并統(tǒng)計(jì)其像素點(diǎn)數(shù)量，然后利用HSV顏色分量過濾及中值濾波除噪獲得葉片病斑區(qū)域塊，統(tǒng)計(jì)病斑數(shù)量和總像素?cái)?shù)量，通過葉病斑區(qū)域總像素?cái)?shù)量和標(biāo)定物面積換算，最終自動(dòng)計(jì)算出葉片病斑總面積，效果較好。

關(guān)鍵詞： 葉片；病斑數(shù)量；病斑面積；自動(dòng)化測(cè)量；HSV顏色分量過濾

中圖分類號(hào)： S126 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A 文章編號(hào)： 1001 - 4942（2014）08 - 0015 - 04

Design and Realization of Automatic Measuring

System of Leaf Spot Number and Area

Cheng Ronghua1， Ma Fei1，2*， Liang Yahong1， Ma Li1， Zhao Jingru1

（1.College of Resources and Environment， Pingdingshan University，Pingdingshan 467000， China；

2.Computer School of Wuhan University， Wuhan 430072， China）

Abstract It was realized to automatically measure the plant leaf spot number and area by digital image processing technique using calibration per unit area on the development platform of VS.Net2005 in Windows XP SP3 operating environment. Firstly， the living leaf with disease spots and calibration object per unit area was photographed using high resolution digital camera， and the pixel number of calibration object was counted according to a preset position. Secondly，the leaf spot area blocks were obtained using the HSV color component filtering and median filtering； the disease spot number and its total pixels were counted. Finally， the total leaf spot area could be calculated automatically through conversion based on the former statistics. Better effect was obtained.

Key words Leaf； Disease spot number； Disease spot area； Automatic measurement； HSV color component filtering

國(guó)內(nèi)對(duì)基于圖像處理測(cè)定葉面積方法的研究起步較晚，但發(fā)展很快。目前對(duì)植物葉片面積計(jì)算的研究[1～4]，主要集中在利用圖像獲取設(shè)備采集植物葉片圖像，然后利用現(xiàn)有軟件或平臺(tái)實(shí)現(xiàn)植物葉片面積的計(jì)算，而且多是對(duì)完整葉片面積和病斑面積比值[5]的測(cè)量計(jì)算，鮮有對(duì)葉片枯焦、病斑或殘缺等面積參數(shù)的自動(dòng)化、約束相對(duì)較少的計(jì)算。鑒于此，本文通過設(shè)定一定面積的標(biāo)定物，采用計(jì)算機(jī)圖像處理方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)植物葉片病斑數(shù)量和面積的自動(dòng)化測(cè)量。

1 總體設(shè)計(jì)方案

利用高分辨率攝像頭或數(shù)碼相機(jī)，對(duì)活體待測(cè)含病斑區(qū)域的植物葉片和單位面積標(biāo)定物進(jìn)行拍照，利用計(jì)算機(jī)處理樣本圖像；首先進(jìn)行單位面積標(biāo)定物定位并統(tǒng)計(jì)標(biāo)定物像素點(diǎn)數(shù)量，然后對(duì)病斑區(qū)域進(jìn)行HSV顏色過濾并利用中值濾波降噪，統(tǒng)計(jì)葉片病斑的數(shù)量及病斑區(qū)域的像素點(diǎn)數(shù)量，最后根據(jù)標(biāo)定物像素點(diǎn)數(shù)量換算出葉片病斑面積，顯示相應(yīng)的運(yùn)算結(jié)果。

計(jì)算過程中按照?qǐng)D4所示的方式進(jìn)行編碼，有些區(qū)域含有凸出的細(xì)長(zhǎng)點(diǎn)列，會(huì)導(dǎo)致同一區(qū)域被同時(shí)編碼，占用了不同的編碼序號(hào)，如第一個(gè)區(qū)域同時(shí)占有了1和2兩個(gè)編碼，需要在運(yùn)算時(shí)消除一個(gè)序號(hào)，此處消去2，同時(shí)累加原有2編號(hào)的所有像素點(diǎn)數(shù)量，并將存儲(chǔ)在對(duì)應(yīng)數(shù)組中的像素點(diǎn)數(shù)量置為0，即arrPixelOfArea[2]=0；執(zhí)行結(jié)束后，效果如圖3所示，在編碼中對(duì)每個(gè)像素點(diǎn)值中的R分量進(jìn)行了重置，所得病斑數(shù)量為11個(gè)。

3 結(jié)論

本系統(tǒng)采用VS.Net2005開發(fā)實(shí)現(xiàn)，運(yùn)行環(huán)境為Windows XP SP3，CPU 1.6 GHz，內(nèi)存2 GB，實(shí)驗(yàn)圖片大小為300×200像素點(diǎn)；從對(duì)樣本圖像預(yù)處理到結(jié)果輸出，共耗時(shí)1.50 s，運(yùn)算速度相對(duì)較快； 基于HSV顏色空間模型的圖像過濾算法較好地保留了葉病斑目標(biāo)區(qū)域，實(shí)現(xiàn)了精確定位和像素點(diǎn)統(tǒng)計(jì)，運(yùn)算結(jié)果精度較高；系統(tǒng)僅是對(duì)照片圖像進(jìn)行處理，不會(huì)損害原來的葉片樣本，也不會(huì)對(duì)植物造成傷害。本系統(tǒng)為科研人員提供了較為高效和準(zhǔn)確的葉病斑面積測(cè)量方法，為農(nóng)業(yè)信息化和智能化病蟲害診斷[7]提供了有益的嘗試和探索。

參 考 文 獻(xiàn)：

[1] 成麗君，張宇波.機(jī)器視覺在植物葉片葉面積測(cè)算中的應(yīng)用[J].山西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2014，34（3）：277-280.

[2] 石劍飛.采用數(shù)碼圖像處理法測(cè)定油菜葉面積的方法探討[J].中國(guó)油料作物學(xué)報(bào)，2010，32（3）：379-382.

[3] 王忠芝，張金瑞.基于圖像處理的葉面積測(cè)量方法[J].微計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2010，31（5）：68-72.

[4] 郁進(jìn)元.長(zhǎng)寬法測(cè)定作物葉面積的校正系數(shù)研究[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007（2）：37-39.

[5] 程榮花，馬飛，梁亞紅.一種新的茶葉病斑面積比自動(dòng)測(cè)量方法[J].吉林農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2013，38（1）：38-39，43.

[6] 王璞.HSV顏色傳感器葉綠素儀的研究[D].天津：天津大學(xué)，2008.

[7] 程榮花，馬飛，魯書喜.一種新型農(nóng)作物病蟲害監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)方法初探[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，7（4）：171-173.

摘 要： 本研究以VS.Net2005為開發(fā)平臺(tái)，在Windows XP SP3運(yùn)行環(huán)境下，運(yùn)用單位面積標(biāo)定物和數(shù)字圖像處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了植物葉片病斑數(shù)量和面積的自動(dòng)化測(cè)量。首先利用高分辨率數(shù)碼相機(jī)對(duì)含病斑的活體待測(cè)葉片和單位面積標(biāo)定物進(jìn)行拍照，根據(jù)預(yù)先設(shè)定獲取標(biāo)定物位置，并統(tǒng)計(jì)其像素點(diǎn)數(shù)量，然后利用HSV顏色分量過濾及中值濾波除噪獲得葉片病斑區(qū)域塊，統(tǒng)計(jì)病斑數(shù)量和總像素?cái)?shù)量，通過葉病斑區(qū)域總像素?cái)?shù)量和標(biāo)定物面積換算，最終自動(dòng)計(jì)算出葉片病斑總面積，效果較好。

關(guān)鍵詞： 葉片；病斑數(shù)量；病斑面積；自動(dòng)化測(cè)量；HSV顏色分量過濾

中圖分類號(hào)： S126 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A 文章編號(hào)： 1001 - 4942（2014）08 - 0015 - 04

Design and Realization of Automatic Measuring

System of Leaf Spot Number and Area

Cheng Ronghua1， Ma Fei1，2*， Liang Yahong1， Ma Li1， Zhao Jingru1

（1.College of Resources and Environment， Pingdingshan University，Pingdingshan 467000， China；

2.Computer School of Wuhan University， Wuhan 430072， China）

Abstract It was realized to automatically measure the plant leaf spot number and area by digital image processing technique using calibration per unit area on the development platform of VS.Net2005 in Windows XP SP3 operating environment. Firstly， the living leaf with disease spots and calibration object per unit area was photographed using high resolution digital camera， and the pixel number of calibration object was counted according to a preset position. Secondly，the leaf spot area blocks were obtained using the HSV color component filtering and median filtering； the disease spot number and its total pixels were counted. Finally， the total leaf spot area could be calculated automatically through conversion based on the former statistics. Better effect was obtained.

Key words Leaf； Disease spot number； Disease spot area； Automatic measurement； HSV color component filtering

國(guó)內(nèi)對(duì)基于圖像處理測(cè)定葉面積方法的研究起步較晚，但發(fā)展很快。目前對(duì)植物葉片面積計(jì)算的研究[1～4]，主要集中在利用圖像獲取設(shè)備采集植物葉片圖像，然后利用現(xiàn)有軟件或平臺(tái)實(shí)現(xiàn)植物葉片面積的計(jì)算，而且多是對(duì)完整葉片面積和病斑面積比值[5]的測(cè)量計(jì)算，鮮有對(duì)葉片枯焦、病斑或殘缺等面積參數(shù)的自動(dòng)化、約束相對(duì)較少的計(jì)算。鑒于此，本文通過設(shè)定一定面積的標(biāo)定物，采用計(jì)算機(jī)圖像處理方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)植物葉片病斑數(shù)量和面積的自動(dòng)化測(cè)量。

1 總體設(shè)計(jì)方案

利用高分辨率攝像頭或數(shù)碼相機(jī)，對(duì)活體待測(cè)含病斑區(qū)域的植物葉片和單位面積標(biāo)定物進(jìn)行拍照，利用計(jì)算機(jī)處理樣本圖像；首先進(jìn)行單位面積標(biāo)定物定位并統(tǒng)計(jì)標(biāo)定物像素點(diǎn)數(shù)量，然后對(duì)病斑區(qū)域進(jìn)行HSV顏色過濾并利用中值濾波降噪，統(tǒng)計(jì)葉片病斑的數(shù)量及病斑區(qū)域的像素點(diǎn)數(shù)量，最后根據(jù)標(biāo)定物像素點(diǎn)數(shù)量換算出葉片病斑面積，顯示相應(yīng)的運(yùn)算結(jié)果。

計(jì)算過程中按照?qǐng)D4所示的方式進(jìn)行編碼，有些區(qū)域含有凸出的細(xì)長(zhǎng)點(diǎn)列，會(huì)導(dǎo)致同一區(qū)域被同時(shí)編碼，占用了不同的編碼序號(hào)，如第一個(gè)區(qū)域同時(shí)占有了1和2兩個(gè)編碼，需要在運(yùn)算時(shí)消除一個(gè)序號(hào)，此處消去2，同時(shí)累加原有2編號(hào)的所有像素點(diǎn)數(shù)量，并將存儲(chǔ)在對(duì)應(yīng)數(shù)組中的像素點(diǎn)數(shù)量置為0，即arrPixelOfArea[2]=0；執(zhí)行結(jié)束后，效果如圖3所示，在編碼中對(duì)每個(gè)像素點(diǎn)值中的R分量進(jìn)行了重置，所得病斑數(shù)量為11個(gè)。

3 結(jié)論

本系統(tǒng)采用VS.Net2005開發(fā)實(shí)現(xiàn)，運(yùn)行環(huán)境為Windows XP SP3，CPU 1.6 GHz，內(nèi)存2 GB，實(shí)驗(yàn)圖片大小為300×200像素點(diǎn)；從對(duì)樣本圖像預(yù)處理到結(jié)果輸出，共耗時(shí)1.50 s，運(yùn)算速度相對(duì)較快； 基于HSV顏色空間模型的圖像過濾算法較好地保留了葉病斑目標(biāo)區(qū)域，實(shí)現(xiàn)了精確定位和像素點(diǎn)統(tǒng)計(jì)，運(yùn)算結(jié)果精度較高；系統(tǒng)僅是對(duì)照片圖像進(jìn)行處理，不會(huì)損害原來的葉片樣本，也不會(huì)對(duì)植物造成傷害。本系統(tǒng)為科研人員提供了較為高效和準(zhǔn)確的葉病斑面積測(cè)量方法，為農(nóng)業(yè)信息化和智能化病蟲害診斷[7]提供了有益的嘗試和探索。

參 考 文 獻(xiàn)：

[1] 成麗君，張宇波.機(jī)器視覺在植物葉片葉面積測(cè)算中的應(yīng)用[J].山西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2014，34（3）：277-280.

[2] 石劍飛.采用數(shù)碼圖像處理法測(cè)定油菜葉面積的方法探討[J].中國(guó)油料作物學(xué)報(bào)，2010，32（3）：379-382.

[3] 王忠芝，張金瑞.基于圖像處理的葉面積測(cè)量方法[J].微計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2010，31（5）：68-72.

[4] 郁進(jìn)元.長(zhǎng)寬法測(cè)定作物葉面積的校正系數(shù)研究[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007（2）：37-39.

[5] 程榮花，馬飛，梁亞紅.一種新的茶葉病斑面積比自動(dòng)測(cè)量方法[J].吉林農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2013，38（1）：38-39，43.

[6] 王璞.HSV顏色傳感器葉綠素儀的研究[D].天津：天津大學(xué)，2008.

[7] 程榮花，馬飛，魯書喜.一種新型農(nóng)作物病蟲害監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)方法初探[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，7（4）：171-173.