植物叶面积测量方法综述

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　　摘 要：叶片不仅是植物进行光合作用的重要器官，也是生态系统中生产者的主要能量转换器，叶片的自身性质直接影响着植物的基本行为与重要功能。测量植物叶片的面积，能够有效地反映植物对外部因素的适应程度，如植物对地理分布、营养成分等方面的适应程度。同时，植物叶片表面的各项指标也是影响植物生长、果实良好发育的生理指标，指标的高度决定着植株发展的趋势与质量。因此，叶片表面积的测量对于植物的指标检测有着重要的意义。该文重点阐述了目前条件下植物叶面积的测量方法以及数字图像处理技术测量植物叶面积方面的研究进展。
　　关键词：植物叶片面积;测量方法;生理指标
　　中图分类号 S184 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2020）05-0022-02
　　Survey of Plant Leaf Area Measurement Methods
　　Renaguli·Rexiti et al.
　　（College of Information Engineering， Tarim University， Alar 843300， China）
　　Abstract： Plant leaves are an important organ for photosynthesis and a major energy converter for producers in the ecosystem. The nature of the leaves will directly affect the basic behavior and important functions of the plant. The area measurement of plant leaves can effectively reflect the adaptation degree of plants to external factors， such as the adaptation of plants to geographical distribution and nutritional components. At the same time， various indexes on the surface of plant leaves are also physiological indexes that affect plant growth and good fruit development. The height of the indicator also determines the trend and quality of plant development. Therefore， the measurement of leaf surface area is of great significance for the detection of plant indicators. This article will also focus on the measurement of plant leaf area under current conditions.
　　Key words： Plant leaf area; Measurement method; Physiological index
　　植物进行光合作用后生成有机化合物的重要器官是叶片，其也是进行蒸腾作用的必要媒介。叶片面积的大小，在一定程度上影响着农作物的产量变化。叶片面积的各项指标也能够衡量植物的生长情况[1]。因此，建立一种方便、快捷的叶片测量方法，并且对其准确的测量，有助于指导农业生产管理，从而实现优质的栽培技术改造。
　　1 常用的叶片面积测量方法
　　1.1 方格法 收集被测叶片，准备好一张坐标纸，被测叶片被平放在坐标紙上，并把被测叶片的整体轮廓用铅笔画出来。画好之后，在坐标纸上查出格子的数量。如果遇到不满1个格子的情况，则根据所占的比例按照1/2或者1/4计数[2]。计算出单位格子的面积再乘以格子的总数，最终得到整个叶片的面积。此方法的成本相对较低，实施过程也比较简单。但由于工作量太大且人为误差不可避免，因而不会频繁出现在具体应用过程中。
　　1.2 称纸重法 将收集好的叶片复印成图片或者按照叶片的形状画在一张纸上，然后利用剪刀将其剪切下来，称量纸张的重量[3]。把纸张的实际重量除以单位面积纸张的实际重量，计算结果为被测叶片面积。此方法测得的结果相对较准确，但操作过程十分繁琐，人为因素仍然存在其中。
　　1.3 打孔称重法 先称量叶片的总质量，然后利用打孔器在叶片的表面上均匀的打出几个具有已知面积的小孔。这些孔的叶片质量与孔的面积之比作为单位叶面积重量。也就是说，叶片面积也就是叶片质量除以单位叶面积的质量[4]。但打孔会破坏叶片，测量结果也会随着打孔位置的变化而变化。一旦叶片周围含有丰富的水分，在搁置一段时间后，其称重的质量也会出现一定的误差。并且对于孔质量的称重设备的精密度有也着很高的要求。
　　1.4 回归方程法 测定一定数量的同种叶片的各种参数时，利用目前已知的叶片面积大小、叶片的长宽等数据来拟合某一类叶片的回归系数[5]，再利用叶片的其他数据来计算叶片的面积。此方法的前提条件是必须用其他方法能够确定叶片的回归系数。在这个基础之上才可以完成测量结果的输出。优点是不会对叶片的生长造成影响，全过程都是非破坏性的测量技术[5];缺点是只能对某一种类型的叶面积进行分析测量，如果遇到相对不规则的叶片，此方法会带来较大的测量误差。
　　1.5 数字图像处理技术 数字图像处理法提出利用数码相机来快速获取叶片的真实图像，多个像素点构成真实图像。如果已知每一个像素的实际面积以及被测叶片的像素数，那么就能直接求出叶片的面积[6]。也就是说，利用已知参照物的实际面积来进行被测叶片面积的计算，即图片中叶片的像素数乘以代表参照物的实际面积的结果，再次除以图像参照物的像素数，就得到了被测叶片的实际面积[7]。随着电子设备的逐渐兴起，基于数字图像的处理方式也受到了研究学者的广泛关注[8]。此方法不仅没有给叶片自身的生长带来影响，还保证了测量的准确度。通过多次实验数据的研究分析，也验证了该方法的可行性，对未来的发展具有重要的意义。 　　2 数字图像处理技术测量植物叶片面积的研究进展
　　由于具有信息采集速度快、信息采集量大且无需接触的技术优势，数字图像处理技术作为重要的技术手段，被广泛地应用于诸如人群行为分析、动物行为分析应用领域[9]。因此，许多研究学者基于数字图像处理技术对叶片面积求取进行了深入的研究，从参照物的选择到边缘精准度的提取，从透视畸变再到便携性的问题探讨[10]。一系列研究都在为数字图像处理技术提供更加完善的操作建议。
　　2.1 倾斜矫正的方法 在测量叶片面积的过程中，很难保证主光轴完全垂直于叶面，各种角度问题都会带来畸变[11]。对此，有研究学者提出使用矩形框来矫正。在拍摄过程中，背景处放置1个已知面积的矩形框，以矩形面积作为参照，利用图像中的矩形顶点坐标来进行几何校正，避免了角度问题影响的透视畸变。
　　2.2 测量效率的提升 为了实现1次测量多片叶片的面积，利用扫描的方法进行反复检测。现今阶段，智能手机广泛应用，手机摄像头的分辨率也在逐渐提升[12]。因此，利用手机的硬件配置就能够得到最佳的测量结果，此方式也十分便捷。
　　2.3 不完整叶片面积的测量 农作物在种植过程中会有一定程度的虫害发生，有研究学者基于叶片模版结构来自从匹配叶片被损害的面积[13]。具体方式是提取叶片周围的近似轮廓，将其分为若干个小轮廓。按照形状的结构来进行完整叶片与虫损叶片间的自行匹配，在对照过程中计算虫损的面积。
　　3 小结与展望
　　本文比较了多种叶片面积测量方法，指出了方格法、称纸重法与打孔称重法虽然使用的设备相对简单，但人力成本需求较大[14]。在测量过程中，一旦发生人工测量误差，测得的面积精度会随之下降，并且这3种方法都属于破坏性测量。回归方程法能够做到非破坏性测量，但具体实施过程中存在一些困难，且不具有通用性。而数字图像处理技术能够大范围的应用在所有种类的叶片中，不但可以实现无损测量，还能够避免叶片大小、形状以及厚度的影响。数据的处理过程由计算机自动生成，从而减少了操作人员的工作强度。数字图像处理技术由于具有精密度高、操作方便快捷等优点，越来越受到人们的关注，对植物叶片的生长分析也起着积极作用。相信未来随着科技的不断进步，数字图像处理技术必将在林业、农业等领域得到更加广阔的应用。
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　　（责编：张宏民）
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