基于广角摄影技术的柑橘树冠层叶面积指数检测系统

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2014年8月

1298．2014．08．044doi：10．6041/j．issn．1000-

农业机械学报

第45卷第8期

基于广角摄影技术的柑橘树冠层叶面积指数检测系统

吴伟斌

1

*

冯灼峰

2

洪添胜

3

张立俊

2

杜俊毅

2

黄双萍

2

（1．华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室，广州510642；2．华南农业大学工程学院，广州510642；3．国家柑橘产业技术体系机械研究室，广州510642）

摘要：提出一种基于广角摄像技术的柑橘树叶面积指数快速、简易检测方法。将广角摄像镜头拍摄的柑橘树图像导入计算机，进行灰度化、图像增强、滤波处理与二值化处理，计算出柑橘树冠层的孔隙率，，据此推导柑橘树冠层叶面积指数。试验以扫描法检测结果作为真实值，并以加拿大WinSCANOPY型冠层分析仪与本系统作检测效果对比，结果表明在同等试验条件下，利用WinSCANOPY型冠层分析仪检测柑橘树叶面积指数的相对误差变化范围为－30.39%～43.53%，相对误差绝对值的平均值为18.90%，本系统检测的相对误差变化范围为－27.26%～37.06%，相对误差绝对值的平均值为19.91%，满足柑橘树冠层LAI检测试验要求。关键词：柑橘

叶面积指数

广角摄影技术

检测系统

图像处理

中图分类号：TP317.4；S314

文献标识码：A

1298（2014）08-0276-06文章编号：1000-

引言

LAI）反映了单位叶面积指数（Leafareaindex，

地表上植物叶片面积的多少，是分析冠层结构的最重要参数之一，与其它冠层结构参数联合决定柑橘树对光能、水分、肥料等利用和管理的能力，研究叶面积指数的无损检测方法具有重要的理论意义和应

［1－3］

。近年来，用价值国外已经成功研制了一系列以半球图像为基础的数字植物冠层图像分析仪，如

110、加拿大Ｒegent美国CID公司生产的CI-Instrument公司生产的WinSCANOPY和英国Delta-T

公司生产的HemiView等，它们通常由鱼眼镜头、数

［4－6］

，码相机、冠层图像分析软件和数据处理器组成

不仅实现了理想的全天空图像快速分析，而且可以

数分析系统进行检测对比。

1

1.1

系统整体检测方案

系统检测原理

柑橘树LAI检测系统先利用广角摄像头摄取目

标图像，再利用Matlab软件对目标图像进行灰度变换、图像增强、滤波处理、二值化处理，系统程序通过对已被处理的目标图像进行分析，计算出柑橘树的叶面积、实际占地面积、孔隙率以及叶面积指数等参数。系统检测LAI原理框图如图1所示

。

在野外快速获得大量图像，分析出冠层与天空的比

例并计算出LAI等植物冠层结构参数。

目前用于检测果树冠层LAI的设备成本普遍较高，且操作过程复杂，受检测环境的影响大，因此限制了其推广

［7］

图1

Fig．1

系统检测LAI原理框图

BlockdiagramofLAIdetectionprincipal

1.2系统硬件构建

。随着图像处理技术迅速发展及数

码照相技术和图像处理软件的不断应用，使计算机系统采用简便方法检测叶面积指数成为可能，如有

［8－12］

。为此，研究利用智能手机摄像头检测LAI本

系统在利用广角摄像头拍摄柑橘树图像的基础

上，采用图像处理方法对目标图像进行分析，从而实现对柑橘树冠层结构参数的检测。摄像头为深圳市林柏视科技有限公司生产的120°摄像头，该摄像头符合单角度反演的视场角要求。

系统所用摄像镜头为广角镜头，支持动态和静

文设计基于广角摄像技术的柑橘树叶面积指数快

速、简易检测系统，并与WinSCANOPY型叶面积指

03-03修回日期：2014-04-21收稿日期：2014-*国家自然科学基金资助项目（30871450）、27）、现代农业产业技术体系建设专项资金资助项目（CAＲS-公益性行业（农业）科研专项经费

资助项目（201203016）和惠州市产学研结合项目（2013B050013015）mail：wuweibin@scau．edu．cn作者简介：吴伟斌，副教授，主要从事机电一体化技术在农业上的应用研究，E-E-mail：tshong@scau．edu．cn通讯作者：洪添胜，教授，博士生导师，主要从事机电一体化和信息技术在农业中的应用研究，

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