一種植物葉脈流速測量的裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及流速測量領域，特別涉及一種植物葉脈流速測量的裝置及方法。
【背景技術】
[0002]目前，關于流速測量的方法有很多，但針對植物葉脈流速的測量方法卻極其少見。縱觀國內外相關文獻，只有HUve在2002年使用中性紅/酸性品紅溶液在顯微鏡下測量出了植物葉脈流速的數據。但其方法的不足之處在于，在顯微鏡下每次只能測量選定的2~3個葉脈，因此要測量整個葉片的葉脈則需要重新更換葉片。由于不同的葉片之間差異性較大，所以可能導致實驗數據誤差較大。
【發明內容】
[0003]為了克服上述現有技術的不足，本發明提供了一種有效的，結合熒光標記技術和圖像處理技術的植物葉脈流速測量新方法。
[0004]為實現上述目的，本發明采用如下技術方案:
一種植物葉脈流速測量的裝置，包括黑色木質框架、分別設置于所述黑色木質框架正后方和正前方的第一黑色卡紙和單反相機、呈一定夾角對稱設置于所述黑色木質框架前方兩側的若干藍色LED燈，所述黑色木質框架中部設置有用于放置植物葉片的第二黑色卡紙，所述黑色木質框架底部設置有用于放置熒光溶液的黑色小容器，所述單反相機通過數據線連接計算機。
[0005]進一步地，所述單反相機配置有100 mm定焦微距鏡頭，鏡頭前依次安裝上一個圓偏光濾鏡C-POL、一個橙色濾鏡和一個黃色濾鏡，所述圓偏光濾鏡C-POL用于減少進入相機視窗內植物葉片上的反光，橙色濾鏡和黃色濾鏡用于過濾噪聲和LED燈所發出的藍色光，并使熒光溶液的亮度增強。
[0006]進一步地，設置于所述黑色木質框架前方兩側的藍色LED燈各為10盞。
[0007]進一步地，每盞所述燈藍色LED燈都配有使其可以單獨隨意調整角度和控制開關狀態的柔性燈座和獨立開關。
[0008]進一步地，設置于所述黑色木質框架2前方兩側的若干藍色LED燈射出光線之間的夾角Θ為85° -95°。
[0009]進一步地，所述第一黑色卡紙距離框架后方的距離d為300 mm。
[0010]進一步地，所述第二黑色卡紙的形狀和大小與所要觀察的植物葉片的形狀和大小相一致。
[0011 ] 進一步地，所述熒光溶液分子式為C2tlH12O5,為濃度0.3-0.9 g/L的水溶液。
[0012]本發明還提供了一種基于所述的裝置的植物葉脈流速測量方法，包括步驟:
1)將所要觀察的植物葉片固定在第二黑色卡紙上，調整植物葉片的上下高度，使其葉柄底部伸入到黑色小容器中；
2)打開單反相機的錄像功能，調整單反相機的前后位置使視窗恰好能拍攝到整個植物葉片；
3)打開所有藍色LED燈，轉動圓偏光濾鏡C-POL使拍攝到的畫面上的反光最大程度地削弱；
4)開始錄像，同時往黑色小容器中注入配置好的熒光溶液，直至沒過葉柄底部；
5)觀察熒光溶液的流動過程，待熒光溶液流滿整個葉片時即停止錄像，并將所錄的視頻數據保存至計算機中；
6)將視頻每隔一定的幀數抽幀得到圖片，然后選取最后一幀的圖片將其轉化為灰度圖；
7)在灰度圖上選取一個適合的閾值，可以將其轉化為二值圖，然后通過骨架化算法提取出植物葉脈圖，按照順序將葉脈進行編號；
8)對于選定的一根葉脈，反復對比錄像，選取所要測量的溶液在該葉脈中流動的一段時間，其所對應的幀區間為[A，B]；
9)選取A幀和B幀的圖片，分別將其轉化為灰度圖，并與第一幀圖片的灰度圖進行相差操作，得到所選定葉脈分別在A幀和B幀時的亮度值；
10)對于A幀和B幀時的兩個亮度值，通過對比選取一個合適的閾值，可以分別得到熒光溶液在這兩個時刻在所選葉脈中所流到的最遠位置；
11)通過MATLAB軟件中讀取的這兩個最遠位置的坐標值進行計算，得到熒光溶液在這兩個時刻所對應的時間內流過的距離，最后再除以該時間段即可計算出所選定葉脈在該時間段內的流速。
[0013]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
本發明可以有效地測量出整個植物葉片上不同等級葉脈在任意時間段內的流速，避免了更換葉片時由于不同的葉片之間差異性較大而可能導致的較大實驗數據誤差。同時，該方法可以全程通過外接計算機進行實時觀察，而且提取流速數據時采用了計算機算法完成，結果直觀可靠，日后可以作為研宄植物實驗中測量葉脈流速的一種新方法。所設計的算法還可以應用在其它類似的實驗拍攝數據提取中，具有很高的實用價值。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發明實施例一的裝置示意圖；
圖2為本發明實施例二的植物葉片貼在黑色木質框架上的示意圖；
圖3為本發明實施例二的流速測量算法流程圖；
圖4為本發明實施例二的希茉莉的灰度圖；
圖5為本發明實施例二的希茉莉的二值圖；
圖6為本發明實施例二的希茉莉的葉脈圖；
圖7為本發明實施例二的希茉莉在幀區間[1501，6001]內每隔300幀所測量的主脈流速。
[0015]圖中示出:1-藍色LED燈、2-黑色木質框架、3-第一黑色卡紙、4-單反相機、5-圓偏光濾鏡、6-橙色濾鏡、7-黃色濾鏡、8-計算機、9-黑色小容器、10-植物葉片、11-第二黑色卡紙。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖和具體實施例對本發明的發明目的作進一步詳細地描述，實施例不能在此一一贅述，但本發明的實施方式并不因此限定于以下實施例。
[0017]實施例一
如圖1所示，一種植物葉脈流速測量的裝置，包括黑色木質框架2、分別設置于所述黑色木質框架2正后方和正前方的第一黑色卡紙3和單反相機4、呈一定夾角對稱設置于所述黑色木質框架2前方兩側的若干藍色LED燈I，所述黑色木質框架2中部設置有用于放置植物葉片10的第二黑色卡紙11，所述黑色木質框架2底部設置有用于放置熒光溶液的黑色小容器9，所述單反相機4通過數據線連接計算機8。
[0018]所述單反相機4配置有100 mm定焦微距鏡頭，鏡頭前依次安裝上一個圓偏光濾鏡C-POL5、一個橙色濾鏡6和一個黃色濾鏡7。
[0019]設置于所述黑色木質框架2前方兩側的藍色LED燈各為10盞，
每盞所述燈藍色LED燈都配有使其可以單獨隨意調整角度和控制開關狀態的柔性燈座和獨立開關。
[0020]設置于所述黑色木質框架2前方兩側的若干藍色LED燈I射出光線之間的夾角Θ為 85。-95。ο
[0021]所述第一黑色卡紙3距離黑色木質框架2后方的距離d為300 mm。
[0022]所述第二黑色卡紙11的形狀和大小與所要觀察的植物葉片10的形狀和大小相一致。
[0023]所述熒光溶液分子式為C2tlH12O5,是濃度0.3-0.9 g/L的水溶液。
[0024]實施例二
如圖3所示，一種基于所述的裝置的植物葉脈流速測量方法，包括步驟:
1)將所要觀察的植物葉片10固定在第二黑色卡紙11上，本實施例的植物葉片10選用希茉莉葉片，調整植物葉片