专利名称：叶片测量装置及其方法
技术领域：
本发明涉及植物测量领域，尤其涉及一种植物叶片测量装置及其方法。
背景技术：
叶片是植物的重要营养器官，其外观变化可以反映出植物的营养状况以及病虫害 情况，所以普遍把叶片作为反映植物内部信息的一个重要外部信息源。因此，测量叶片参数 及其图像对植物研究起着非常重要的作用。目前通常采用平板式扫描仪来测量植物叶片，但是需要把叶片摘下来进行测量， 同时还需要配合使用高精度的标准物体作为参照，这样不仅破坏了植株结构，还容易影响 测量的精度。另一种常见的植物叶片测量装置是由美国CID公司生产的CI-210手持式植物成 像仪和CI-203便携式激光叶面积仪。这两款产品不需要把叶片摘下来进行测量，但是在测 量过程中，需要手持CI-210或CI-203夹住待测叶片的叶柄部分，然后保持这个姿势朝叶尖 勻速移动，从而完成对整个叶片的扫描，获得最终的测量信息。由于叶面通常不光滑，很难 保持勻速运动，尤其在测量较大的长形叶片时，更为困难。对于某些叶片，例如小麦，从叶柄 部分开始扫描十分不便，需要从叶尖部分开始扫描。此外，CI-210可以把测出的图像信息 存储到内存卡里，但不能现场显示叶片的外表特征信息，如长、宽、面积、周长等。CI-203虽 然可以现场显示叶片的外表特征信息，但不能测量图像信息。目前，还有一种常用的测量植物叶片的方法，也就是采用数码相机进行测量，虽然 该方法可以不破坏植株结构，但需要对系统进行标定，而且严格要求被测叶片和标准物体 必须同时拍摄，这存在很多影响测量精度的因素。
发明内容
(一)要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是克服现有叶片测量装置不能自动卷入整个待测叶片 进行测量的不足；同时，也克服了现有叶片测量装置只能从叶柄部分开始采集扫描，而不能 从叶尖部分开始采集扫描的不足；并且，克服了现有叶片测量装置不能同时显示被测叶片 的参数并存储被测叶片的图像的不足。( 二 )技术方案为解决上述技术问题，本发明提供一种叶片测量装置，包括上盖、底板、手柄、叶片 自动卷入单元、叶片卡住处理单元、叶片信息采集单元、叶片信息处理单元以及叶片信息输 出单元，其特征在于，所述叶片自动卷入单元包括电机、齿轮组、传动轴和滚轮，由所述电机 驱动齿轮组，所述齿轮组通过传动轴驱动所述滚轮，所述滚轮转动，从而卷入待测叶片。其中，所述底板的一端与所述上盖靠近所述手柄底部的一端活动连接，所述底板 的另一端与所述上盖之间保持一定间隙，所述间隙用于容纳所述待测叶片的叶尖或叶柄。其中，所述底板的上表面设置有弹性膜。
其中，所述叶片卡住处理单元包括挡板、与所述挡板的上端连接的弹簧以及与所 述挡板的下端连接的滚筒。其中，所述叶片信息采集单元包括第一子采集单元，所述第一子采集单元包括图 像传感器、与所述图像传感器配合使用的光源和透明薄膜。其中，所述叶片信息采集单元进一步包括第二子采集单元，所述第二子采集单元 包括光栅轮，所述光栅轮的下部与所述齿轮组啮合，所述光栅轮的上部与光电二极管对连 接。其中，所述叶片信息处理单元包括电路控制模块，用于处理所述叶片信息采集单 元所采集的叶片信息，以及控制叶片参数的显示以及叶片图像的保存。其中，所述叶片信息输出单元包括位于所述上盖上的显示屏、内存卡插槽或数据 线接 口。本发明还提供一种叶片测量方法，包括以下步骤Sl 将叶尖或叶柄放入上盖与底板之间的间隙内并接触到滚轮；S2 当滚轮正转时，从叶柄部分把整个叶片自动卷入叶片测量装置，同时采集叶片 信息；当滚轮反转时，从叶尖部分把整个叶片自动卷入叶片测量装置，同时采集叶片信息；S3 采集完毕后，显示叶片的参数信息，存储叶片的图像信息。其中，如果叶片在自动卷入过程中被卡住，扩大上盖与底板之间的间隙。(三)有益效果本发明提供的技术方案具有如下有益效果可以自动把整个待测叶片卷入其中进 行测量。此外，可以从叶尖部分开始自动卷入，进行采集扫描；也可以从叶柄部分开始自动 卷入，进行采集扫描。不仅可以显示被测叶片的参数，也可以存储被测叶片的图像。其结构 简单、外形小巧、便于携带。
图1为本发明叶片测量装置的内部结构示意图；图2为图1的左视图；图3为本发明叶片测量装置的外部结构示意图；图4为本发明叶片测量方法的流程图；其中1 内存卡插槽；2 显示屏；3 分辨率调节按钮；4 开始采集按钮；5 颜色 选择按钮；6 电池；7 电机；8 齿轮组；9 电路控制模块；10 挡板；11 底板；12 透明薄 膜；13 光源；14 图像传感器；15 滚轮；16 传动轴；17 叶片卡住处理按钮；18 弹簧；19 滚筒；20 上盖；21 数据线接口 ；22 手柄；23 弹性膜；24 光栅轮；25 光电二极管对。
具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进一步详细描述。以下实施 例仅用于说明本发明，但不用来限制本发明保护的范围。如图1所示，为本发明叶片测量装置的内部结构示意图。图2为图1所示的本发 明叶片测量装置的内部结构示意图的左视图。如图3所示，为本发明叶片测量装置的外部 结构示意图。由各图中可以看出，本发明的叶片测量装置包括上盖20、底板11、手柄22、叶片自动卷入单元、叶片卡住处理单元、叶片信息采集单元、叶片信息处理单元以及叶片信息 输出单元，其特征在于，所述叶片自动卷入单元包括电机7、齿轮组8、传动轴16和滚轮15， 由所述电机7驱动齿轮组8，所述齿轮组8通过传动轴16驱动所述滚轮15，所述滚轮15转 动，从而卷入待测叶片。其中，采用电池6对电机7进行供电。所述底板11的一端与所述上盖20靠近所述手柄22底部的一端活动连接，所述底 板11的另一端与所述上盖20之间保持一定间隙，所述间隙用于容纳所述待测叶片的叶尖 或叶柄。 所述上盖20上设有分辨率调节按钮3，用于调节分辨率的高低；开始采集按钮4， 也就是所述叶片测量装置的开始按钮；颜色选择按钮5，用于选择黑白或彩色采集模式；叶 片卡住处理按钮17，当叶片在卷入过程中卡住，向前推动此按钮可扩大上盖20与底板11之 间的间隙。所述底板11的上表面设置有弹性膜23，所述弹性膜23优选为白色，从而采集的图 像背景为白色，以便后续参数的提取以及图像的处理，同时可防止被测叶片被刮伤。所述叶片卡住处理单元包括挡板10、与所述挡板10的上端连接的弹簧18以及与 所述挡板10的下端连接的滚筒19。所述叶片信息采集单元包括第一子采集单元，所述第一子采集单元包括图像传感 器14、与所述图像传感器14配合使用的光源13和透明薄膜12。其中，所述透明薄膜12优 选为白色，用来保护光源13和图像传感器14，以便能够采集到清晰的图像并防止图像传感 器14的损坏。光源13均勻地照射到叶片上，载有图像信息的光信号聚焦到图像传感器14， 然后反馈到叶片信息处理单元。所述叶片信息采集单元进一步包括第二子采集单元，所述第二子采集单元包括光 栅轮24，所述光栅轮24的下部与所述齿轮组8啮合，所述光栅轮24的上部与光电二极管 对25连接。其中，所述光栅轮24驱动所述光电二极管对25对所述图像传感器14的传感 情况进行计数，并反馈到叶片信息处理单元。所述叶片信息处理单元包括电路控制模块9，用于处理所述叶片信息采集单元所 采集的叶片信息，以及控制被测叶片参数的显示以及被测叶片图像的保存。所述叶片信息输出单元包括位于所述上盖20上的显示屏2、内存卡插槽1以及数 据线接口 21。其中，显示屏2优选为液晶显示屏；在内存卡插槽1内可以插入内存卡以存 储测量到的图像信息，通过数据线接口 21将图像信息输出到计算机，然后结合相关图像处 理软件，进一步提取被测叶片的其它信息，如纹理信息等。如图4所示，为本发明叶片测量方法的流程图。由图中可以看出，本发明叶片测量 方法，包括以下步骤Sl 将叶尖或叶柄放入上盖20与底板11之间的间隙内并接触到滚轮15 ；S2 当滚轮15正转时，从叶柄部分把整个叶片自动卷入叶片测量装置，同时采集 被测叶片信息；当滚轮15反转时，从叶尖部分把整个叶片自动卷入叶片测量装置，同时采 集被测叶片信息；S3:采集完毕后，显示被测叶片的参数信息，存储被测叶片的图像信息。其中，如果被测叶片在自动卷入过程中被卡住，扩大上盖20与底板11之间的间 隙。
本发明提供的上述叶片测量方法即是本发明叶片测量装置的操作过程，具体为 将内存卡放入内存卡插槽1，装入电池6，然后握住手柄22，通过分辨率调节按钮4和颜色 选择按钮5进行相关设置，这些设置可以通过显示屏2进行显示。设置完毕后，根据被测叶 片的不同要求，把待测叶片的叶尖或叶柄放入上盖20与底板11之间的间隙内(该间隙优 选为2mm)并接触到滚轮15，然后按下开始采集按钮4开始自动卷入待测叶片进行测量；其 中，如需要从叶柄开始卷入整个待测叶片，则按一下开始采集按钮4，电机7正转，从而带动 滚轮15顺时针转动，即滚轮15正转；如需要从叶尖开始卷入整个待测叶片，则按两下开始 采集按钮4，电机7反转，从而带动滚轮15逆时针转动，即滚轮15反转。在待测叶片卷入过 程中，同时采集叶片信息，显示屏2被清屏。采集完毕后，图像被存储在内存卡中，此时显示 屏2上显示被测叶片的参数信息，例如冬青叶片的参数信息显示为第一幅图像，长9. 1cm、 宽3cm、面积25cm2、周长20cm，内存卡剩余80%、电池剩余90%。如果叶片在自动卷入过程 中被卡住，可向前推动叶片卡住处理按钮17，弹簧18发生弹性形变，给挡板10相应的弹力， 再通过滚筒19转换该力方向，给底板11 一个向下的推力。在这个推力作用下，上盖20与底板11之间的间隙扩大，一般为4至9度，从而可以轻松地取出被卡住的叶片。本发明提供的技术方案具有很多优点，例如可以自动把整个待测叶片卷入其中进 行测量。可以从叶尖部分开始卷入，进行采集扫描；也可以从叶柄部分开始卷入，进行采集 扫描。其不仅可以现场显示被测叶片的参数、内存卡剩余量、电池剩余量，还可以把被测叶 片的图像信息储存到内存卡上，以便输出进行后续操作。本发明提供的技术方案除了能完 成玉米、小麦等农作物叶片参数与图像的采集外，还可应用到其它和叶片大小差不多的物 体进行参数与图像的采集。以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通 技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，所有等同 的技术方案也属于本发明的范畴。
权利要求
一种叶片测量装置，包括上盖(20)、底板(11)、手柄(22)、叶片自动卷入单元、叶片卡住处理单元、叶片信息采集单元、叶片信息处理单元以及叶片信息输出单元，其特征在于，所述叶片自动卷入单元包括电机(7)、齿轮组(8)、传动轴(16)和滚轮(15)，由所述电机(7)驱动齿轮组(8)，所述齿轮组(8)通过传动轴(16)驱动所述滚轮(15)，所述滚轮(15)转动，从而卷入待测叶片。
2.根据权利要求1所述的叶片测量装置，其特征在于，所述底板(11)的一端与所述上 盖(20)靠近所述手柄(22)底部的一端活动连接，所述底板(11)的另一端与所述上盖(20) 之间保持一定间隙，所述间隙用于容纳所述待测叶片的叶尖或叶柄。
3.根据权利要求1或2所述的叶片测量装置，其特征在于，所述底板(11)的上表面设 置有弹性膜(23)。
4.根据权利要求1所述的叶片测量装置，其特征在于，所述叶片卡住处理单元包括挡 板(10)、与所述挡板(10)的上端连接的弹簧(18)以及与所述挡板(10)的下端连接的滚筒 (19)。
5.根据权利要求1所述的叶片测量装置，其特征在于，所述叶片信息采集单元包括第 一子采集单元，所述第一子采集单元包括图像传感器(14)、与所述图像传感器(14)配合使 用的光源(13)和透明薄膜(12)。
6.根据权利要求1所述的叶片测量装置，其特征在于，所述叶片信息采集单元进一步 包括第二子采集单元，所述第二子采集单元包括光栅轮(24)，所述光栅轮(24)的下部与所 述齿轮组(8)啮合，所述光栅轮(24)的上部与光电二极管对(25)连接。
7.根据权利要求1所述的叶片测量装置，其特征在于，所述叶片信息处理单元包括电 路控制模块(9)，用于处理所述叶片信息采集单元所采集的叶片信息，以及控制叶片参数的 显示以及叶片图像的保存。
8.根据权利要求1所述的叶片测量装置，其特征在于，所述叶片信息输出单元包括位 于所述上盖(20)上的显示屏(2)、内存卡插槽(1)或数据线接口(21)。
9.利用权利要求1-8中任意一项所述的叶片测量装置进行叶片测量的方法，其特征在 于，包括以下步骤S1 将叶尖或叶柄放入上盖(20)与底板(11)之间的间隙内并接触到滚轮(15)；S2:当滚轮(15)正转时，从叶柄部分把整个叶片自动卷入叶片测量装置，同时采集叶 片信息；当滚轮(15)反转时，从叶尖部分把整个叶片自动卷入叶片测量装置，同时采集叶 片信息；S3 采集完毕后，显示叶片的参数信息，存储叶片的图像信息。
10.根据权利要求9所述的叶片测量方法，其特征在于，如果叶片在自动卷入过程中被 卡住，扩大上盖(20)与底板(11)之间的间隙。
全文摘要
本发明涉及一种叶片测量装置，包括上盖、底板、手柄、叶片自动卷入单元、叶片卡住处理单元、叶片信息采集单元、叶片信息处理单元以及叶片信息输出单元，其特征在于，所述叶片自动卷入单元包括电机、齿轮组、传动轴和滚轮，由所述电机驱动齿轮组，所述齿轮组通过传动轴驱动所述滚轮，所述滚轮转动，从而卷入待测叶片。本发明还涉及一种利用所述叶片测量装置进行叶片测量的方法。本发明可以自动把整个待测叶片卷入其中进行测量。此外，可以从叶尖部分开始自动卷入，进行扫描；也可以从叶柄部分开始自动卷入，进行扫描。不仅可以显示被测叶片的参数，也可以存储被测叶片的图像。其结构简单、外形小巧、便于携带。
文档编号G01B11/00GK101865657SQ20101020649
公开日2010年10月20日 申请日期2010年6月12日 优先权日2010年6月12日
发明者朱大洲, 毕昆, 潘大宇, 王成, 赵春江 申请人:北京农业智能装备技术研究中心