茶叶病斑类型识别和病斑面积参数测量装置的制作方法

本实用新型涉及一种茶叶叶片参数测量装置领域，具体说涉及一种基于图像处理技术的茶叶病斑类型识别和病斑面积参数自动化测量装置。

背景技术：

茶叶中含有机化学成分达四百五十多种，无机矿物元素达四十多种。茶叶中的有机化学成分和无机矿物元素含有许多营养成分和药效成分。每天喝茶，可降低心脑血管发病和死亡风险，有研究发现，不喝茶的人高血压的发病率为10.55％，常喝茶的人为6.95％，茶的确有一定的降压作用。喝茶还能消除疲劳、提神、消食、利尿解毒、防止龋齿、消除口臭，茶还是碱性饮料，有利于酸性体质。

茶叶病虫害对茶叶品质的影响很大。主要病害有茶云纹叶枯病，茶轮斑病、茶赤叶斑病、苔藓、地衣等。

现有的叶片参数相关测量技术主要集中在叶面积、叶长、叶宽和长宽比等常规参数的测量，也有一些研究人员对叶片病斑类型进行测量研究，但未见对茶叶病斑类型识别和面积测量的研究。

因此，提供一种操作容易，且能够快速准确的对含有病斑的待测茶叶进行识别和面积测量并进行单位换算，为茶园管理提供参考的测量装置，是一个值得的问题。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术中的不足，本实用新型提供了一种能够快速准确的对含有病斑的待测茶叶进行识别和面积测量并进行单位换算，为茶园管理提供参考的茶叶病斑类型识别和病斑面积参数测量装置。

本实用新型的目的是这样实现的：

茶叶病斑类型识别和病斑面积参数测量装置，包括底座9，设置在底座9中央的待检测病斑叶片7，以及位于待检测病斑叶片7左侧的叶病斑类型标本6和位于待检测病斑叶片7右侧的黑色正方形单位面积参照物10；所述的底座9两侧设置有支撑杆装置，以及设置在支撑杆装置上的高分辨率摄像装置；

所述的底座9中央设置有放置的待测病斑叶片7，以及位于待测病斑叶片7四周的测量区域虚线框8；所述的叶病斑类型标本6位于测量区域虚线框8的左侧，且三个并列设置，每个叶病斑类型标本四周均设置有标本矩形虚线区5；所述的黑色正方形单位面积参照物10位于测量区域虚线框8的右侧，且四周设置有黑色正方形单位面积参照物矩形虚线框11；

所述的支撑杆装置包括垂直设置在底座9边缘左侧的垂直支撑杆装置和右侧的右纵支撑杆15，以及设置在垂直支撑杆装置和右纵支撑杆15上，且两端分别连接的横向支撑杆装置；

所述的垂直支撑杆装置包括左纵向支撑杆3，以及位于左纵向支撑杆3下部两侧的两个构造成三角形状的固定支撑杆4；

所述的垂直支撑杆装置包括纵向支撑杆3，所述的纵向支撑杆3的中间处通过两个固定支撑杆4组合成三角形结构，并与固定支撑杆4的一端与底座9通过第一螺旋按钮12组合固定连接；

所述的横向支撑杆装置包括横向支撑杆1，所述的横向支撑杆1的两端设置有套杆切口13，套杆切口13内分别穿有左纵向支撑杆3和右纵向支撑杆15；所述的左纵向支撑杆3和右纵向支撑杆15通过设置在横向支撑杆1上的两端的固定旋钮16对左纵向支撑杆3与横向支撑杆1的固定高度进行限位；所述的横向支撑杆1的靠近中间设置有摄像设备测量放置窗口14,所述的摄像设备测量放置窗口14上设置有高分辨率摄像设备2。

积极有益效果：本实用新型测量装置结构简单，设备坚固，操作简便，实现对含有病斑的待测茶叶样本的快速测量；测量方法能够有效、准确地测量待测叶片样本病斑类型和面积等参数，为茶叶研究管理人员提供有价值的参考数据。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图一；

图2为本实用新型的结构示意图二；

图3为本实用新型的结构示意图三；

图中为：横向支撑杆1、高分辨率摄像设备2、左纵向支撑杆3、固定支撑杆4、标本矩形虚线区5、叶病斑类型标本6、待测病斑叶片7、测量区域虚线框8、底座9、黑色正方形单位面积参照物10、黑色正方形单位面积参照物矩形虚线框11、第一螺旋按钮12、套杆切口13、摄像设备测量放置窗口14、右纵向支撑杆15、固定旋钮16。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型做进一步的说明：

如图1所示，茶叶病斑类型识别和病斑面积参数测量装置，包括底座9，设置在底座9中央的待检测病斑叶片7，以及位于待检测病斑叶片7左侧的叶病斑类型标本6和位于待检测病斑叶片7右侧的黑色正方形单位面积参照物10；所述的底座9两侧设置有支撑杆装置，以及设置在支撑杆装置上的高分辨率摄像装置；

所述的底座9中央设置有放置的待测病斑叶片7，以及位于待测病斑叶片7四周的测量区域虚线框8；所述的叶病斑类型标本6位于测量区域虚线框8的左侧，且三个并列设置，每个叶病斑类型标本四周均设置有标本矩形虚线区5；所述的黑色正方形单位面积参照物10位于测量区域虚线框8的右侧，且四周设置有黑色正方形单位面积参照物矩形虚线框11；

所述的支撑杆装置包括垂直设置在底座9边缘左侧的垂直支撑杆装置和右侧的右纵支撑杆15，以及设置在垂直支撑杆装置和右纵支撑杆15上，且两端分别连接的横向支撑杆装置；

所述的垂直支撑杆装置包括左纵向支撑杆3，以及位于左纵向支撑杆3下部两侧的两个构造成三角形状的固定支撑杆4；

所述的垂直支撑杆装置包括纵向支撑杆3，所述的纵向支撑杆3的中间处通过两个固定支撑杆4组合成三角形结构，并与固定支撑杆4的一端与底座9通过第一螺旋按钮12组合固定连接；

如图2、图3所示，所述的横向支撑杆装置包括横向支撑杆1，所述的横向支撑杆1的两端设置有套杆切口13，套杆切口13内分别穿有左纵向支撑杆3和右纵向支撑杆15；所述的左纵向支撑杆3和右纵向支撑杆15通过设置在横向支撑杆1上的两端的固定旋钮16对左纵向支撑杆3与横向支撑杆1的固定高度进行限位；所述的横向支撑杆1的靠近中间设置有摄像设备测量放置窗口14,所述的摄像设备测量放置窗口14上设置有高分辨率摄像设备2。

实施例

本实用新型包括左纵向支撑杆3、横向支撑杆1、白色底座9；底座9在测量区域虚线框8左侧2cm处设置有三个病斑类型标本6和标本虚线框5，各标本虚线框5之间与虚线框8保持平行且间隔为2cm，右侧2cm处放置有一个单位面积正方形参照物10，内部为纯黑色，以便后续图像处理操作，主要用于单位面积的标定和叶片样本参数的面积的转换；测量区域虚线框8，将叶片放置在虚线内部，方便提取叶片区域；做纵向支撑杆3与底座9相连，左侧竖向支撑杆中间设置有两个斜向能够构成三角形结构的固定支撑杆4，以固定左纵向支撑杆3；左纵向支撑杆3和右纵向支撑杆15上部与横向支撑杆1相连；在装置的上方横向支撑杆1正对底座9的测量区域虚线框8上方放置一个高分辨率摄像设备2，以对待测叶片样本7拍照，拍照时保持待测叶片样本7中心方向与高分辨率摄像设备2居中垂直，以提高拍摄获取的样本的精确度；横向支撑杆1含有第一螺旋按钮12和套杆切口13，方便横向支撑杆1上下调节；含摄像设备测量放置窗口14，高分辨率摄像设备2能够左右移动，以调节拍摄区域。

利用茶叶病斑类型和面积参数测量装置进行病斑类型识别和面积测量的方法，包括以下三个步骤：

(一)获取含待测叶片和两侧标定物的样本图像：通过高分辨率摄像设备对含病斑的茶叶样本和两侧的病斑类型标本和黑色单位面积参照物进行拍摄，并将图像输送到计算机中，以便后续软件处理；

(二)样本图像预处理过程：利用可视化编程语言为开发工具，实现对拍摄的图像样本进行预处理，分别定位含病斑的茶叶样本区域、左侧的病斑类型标本和右侧的单位面积参照物区域，然后分别对各区域进行不同阈值的二值化处理，主要包含两个步骤，第一步进行样本和背景的分离，以便获取整叶区域进行整叶面积的计算；第二步，分别计算三种类型的病斑标本的颜色最大值和最小值，利用各颜色最值分别对叶片样本进行二值化，以缩小待遍历的整叶区域；

(三)病斑类型识别和面积计算：首先对左侧的各病斑类型标本进行特征提取，特征提取方法主要是采用两层金字塔式的Patch特征，然后对待测叶片样本进行不同类型的病斑区域定位，采用由粗到细的方式进行逐步筛选，找到疑似区域后进行与病斑类型标本归一化并按照相同的方式提取特征，并与各待测病斑类型标本进行比对识别，相似度超过指定阈值则认为该区域属于当前病斑类型，最后统计整叶面积和该病斑区域的像素点数量，进行面积的换算，最终得到整叶中对应的病斑面积和所占整叶面积比例。

所述的利用茶叶病斑类型识别和面积参数测量装置进行测量的方法，包括以下步骤：

(1).获取含待测叶片和两侧标定物的图像样本：选取单个待测的含病斑茶叶样本7；将待测叶片样本7放置在指定测量区域虚线框8内；选取待测定的不同类型病斑标本6，放置在对应的标本区域虚线框5中；设置好右侧的黑色正方形单位面积参照物10；调整摄像设备2拍摄范围，并对各区域进行整体拍摄；

(2).对图像样本预处理：在装置的上方横向支撑杆1正对底座9中测量区域虚线框8上方的摄像设备测量放置窗口14处放置一个高分辨率摄像设备2，以对待测叶片样本7拍照，拍照时保持叶片中心方向与相机居中垂直，三种病斑类型标本6和单位黑色正方形单位面积参照物10分别位于虚线矩形框8的左右两侧，单位黑色正方形单位面积参照物10的面积为S；主要包含两个步骤，第一步进行叶片样本7和底座9白色背景的分离，以便获取整叶区域进行整叶7面积Szy的计算；第二步，分别计算三种类型的病斑标本6的颜色最大值Cd和最小值Cx，利用各颜色最值分别对叶片样本7进行二值化，以缩小待遍历的整叶区域；按照相对位置坐标对黑色正方形单位面积参照物10统计，其对应的像素点数为N；

(3).病斑类型识别和面积计算：首先对左侧的各病斑类型标本6进行特征提取，特征提取方法主要是采用两层金字塔式的Patch特征，然后对待测叶片样本7进行不同类型的病斑区域5定位，采用由粗到细的方式进行逐步筛选，找到疑似区域后进行与病斑类型标本6归一化并按照相同的方式提取特征，同时统计该区域的像素点数量Nb，并与各待测病斑类型标本6进行比对识别，相似度超过指定阈值则认为该区域属于当前病斑类型，最后根据第一步统计整叶面积像素点数量Nzy和该病斑区域的像素点数量Nb，进行面积的换算得整叶面积最终得到整叶中对应的病斑面积和所占整叶面积比例为

本实用新型测量装置结构简单，操作简便，能够实现对待测叶片样本的快速信息采集；测量方法能够快速、准确地测量待待测叶片样本包括内部和边缘残缺的面积和周长，为农作物科研人员获得有效的基础数据提供参考。

以上实施案例仅用于说明本实用新型的优选实施方式，但本实用新型并不限于上述实施方式，在所述领域普通技术人员所具备的知识范围内，本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替代及改进等，均应视为本申请的保护范围。