基于叶片面积温室植物水分监测系统研究

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1、(大会秘书处：因研究的原因，题目作了修改。如有不妥，请用邮件通知我.)基于叶片面积的温室植物水分监测系统的研究安徽教育厅自然资金项目。项目号：2006kj171B作者简介：曹成茂（男，1964---），汉族，安徽六安人，教授，博士，硕导，安徽农业大学工学院副院长。主要研究方向：智能检测与控制技术、节水灌溉等。Email:caochengmao@sina.com曹成茂缪鹏程孙燕刘辉洪翎（安徽农业大学工学院安徽合肥230036）摘要：植株冠层叶面投影面积的变化与植物体内水分状况密切相关。系统利用CCD图像传感器,对植物叶面的冠

2、层投影面积实行实时、动态的观察。通过对叶面积的动态监测,并与计算机应用相配合,用于指导温室条件下植物生长的水分灌溉。该文从硬件、软件和叶面图像的分析与处理方面描述了系统的设计及实现方法。实践证明：该系统工作稳定，能准确监测植物叶面变化，为进一步研究依据叶面积变化诊断植物缺水理论奠定基础，同时对丰富节水灌溉技术具有重要的意义。关键词：叶面积；CCD图像传感器；无损检测；节水灌溉中图分类号：文献标识码：文章编号：MoistureMonitoringSystemofPlantsinGreenhouseBasedonLeaves’

3、AreaCAOCHENGMAOMIAOPENGCHENGSUNYANLIUHUIHONGLING(CollegeofEngineering,AnhuiAgriculturalUniversity,Hefei230036China)Abstract:Thechangesofleaves’stopprojectedcanopyareaarecloselyboundupwiththemoistureintheplant.ApplyingCCDimagesensors,thesystemmakedynamicandreal-tim

4、eobservationsonthechangesofthetopprojectedcanopyarea.Thegrowth-waterirrigationfortheplantsinagreenhouseisguidedbytheimformationobtainedfromdynamicobservationsandcomputers.Inthispaper,thedesignandrealizationofthesystemaredescribedinitshardwareandsoftwarerespectsasw

5、ellasanalysisandprocessingofleaves’image.Ithasbeenprovedthatthesystemcanworksteadilyandmonitorthechangesofleaves’areaaccurately.Itissignificanttoenrichthetechnologyofwatre-savingirrigationandlaythefoundationsforthefurtherresearchonplantwatertheoryaccrodingtothecha

6、ngesofleaves’area.Keywords:topproectedleafarea,CCDimagesensor,non-destructivedetection,watersavingirrigation0引言水分是维持植物生命活动的重要物质，水分亏缺直接影响植物的生理生化过程和形态结构，从而影响植物生长、产量和品质[1]。国内外对植物缺水诊断的研究包括土壤指标、植物指标（形态指标和生理指标）和综合指标[2]，对植物生理指标的研究，受到越来越地关注。叶面积是反映植物生长发育、长势、遗传特性等生理生化反应过程的主

7、要参数，该参数可以计算植物的用水量、可以分析植物的生长状况，建立植物生长模型[3-4]。KacriaM等[5]利用视觉技术提取顶部树冠层的投影面积来反映植物内部水压，但是其只针对幼苗,对成熟期的植物并没有进行研究。李长缨等[6]利用计算机视觉系统对黄瓜幼苗生长进行无损监测,并计算叶冠投影面积和株高。随着图像处理技术的发展，通过摄像头远程检测叶面的变化得以实现。本文基于此背景，以虚拟仪器开发平台LabVIEW和图像处理软件IMAQ Vision为依托，利用计算机视觉技术，进行植物叶面积监测。通过土壤传感器采集植物生长的土壤水

8、分状况，依据叶面面积变化和土壤含水量，由单片机控制电磁阀为植物供水。1、系统硬件设计1.1硬件系统的设计与实现本系统主要由图像采集、土壤水分监测及在单片机控制下为植物供水的电磁阀三部分组成，硬件结构示意图如图1所示。图1硬件结构示意图Fig1：图像采集部分主要由CCD图像传感器和图像采集卡组成；土壤水分