基于PS的植物葉片表面積的測算

摘 要：植物的葉是非常重要的器官，葉片表面積的測算對植物的各項研究都具有十分重要的意義。文中采用PhotoShop中的標尺、網格設置功能，結合測量工具、裁剪工具和選區分色填充等方法對葉片的表面積進行測算，相對于傳統的測算方法更簡便、快捷、無損且精確，結果易于保存，方便與數據庫對接，有利于對植物體進行系統性的研究。

關鍵詞：PhotoShop；表面積；葉片

中圖分類號：S126 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170733038

植物葉片的表面積測算對研究植物的光合作用、蒸騰作用、生長狀態、氣候變化等都至關重要[1， 2， 3]。目前常用的測算方法大多為網格法、復印稱重法、建立回歸方程等。另外，各種基于圖像處理技術的測算方法也越來越多，但實用性較受限制[4， 5]。文中給出一種方便實用的葉片表面積測算方法，主要結合數字媒體技術進行取樣、測量、測算和保存。當下，數字媒體技術在各行各業中的應用日漸深入，同時，廣泛應用更帶來技術的飛速發展。對掃描儀、數碼相機這些數字媒體產品的擁有已經不再是少數人的專利，而是對大部分家庭和個人都十分熟悉的日常用品。家用電腦的使用則更為普及，幾乎人手必備。體積小、容量大、功能多、速度快是電子設備不可替代的優勢，即便是身處野外、田間、鄉村也得心應手，對廣大科技工作者而言同樣是不可缺少的工具。在享用這些現代科技產品的同時，充分發揮電子設備優勢進行基礎科學方面的輔助研究是必然趨勢。

人類對于植物的研究由來已久，植物的主要器官：葉，始終被關注。對于很多年一直沿用的葉片表面積的測算方法，在數字媒體技術高度發展的今天，迎來了數字化時代。文中將給出一種基于圖像處理軟件的葉片表面積測算方法。

1 前期準備

要獲得葉片的圖像，即取樣。拍攝或掃描工具必不可少。筆記本電腦的攝像頭、數碼掃描儀、數碼像機、手機皆可，找到合適拍攝的角度，將植物葉片展平或將葉片剪下，對植物的葉片進行拍攝或掃描，得到植物的葉片圖像后，通過數據線傳入電腦。然后將是圖像處理工具的安裝。電腦中須具備一款用于圖像處理的工具軟件：PhotoShop，版本無特別限制，目前使用的幾種版本，所需的圖像處理基本功能都具備。雖然這款軟件的主要工作是圖形、圖像處理，諸如色調調節、特效制作、濾鏡應用等，但它還有一些功能對科研人員十分有用，如標尺、網格、測量等工具的靈活運用。其實，只要使用得當，便可大大提高一線科研人員的工作效率。

2 圖像預處理

在PS的工作環境中，打開葉片的圖像，首先觀察圖像中葉片的位置，如果沒有呈現豎直或水平狀態，請運用PS工具箱中的裁剪工具進行處理。具體的處理工具（見圖1）中紅色標注的部分，處理結果（見圖2）。

為更方便圖像的處理，需將圖像的單位設置為cm，設置方法是運用編輯菜單中的首選項對話框完成，具體設置過程參（見圖3）。單位設置成功后，需將標尺在工作界面中加以顯示，這樣才可以看到具體的尺寸。

3 葉片表面積的測算

傳統的葉片表面積測算是在一張描有方格的紙板上進行，主要以多個小正方形面積進行逼近。現在將葉片的圖像數字化處理后，可以使這一過程在PS中完成，并能根據實際情況對正方形的大小進行調整。首先要給出PS中一個非常重要的工具：網格。網格可以使圖像的繪制、分割處理更加精確。在此，網格將用于分割葉片。首先使用的網格是0.5cm×0.5cm的小正方形，網格大小的具體設置方法見圖4，對葉片的分割效果見圖5。這類稍大的網格主要針對葉片中心較大的區域，通過建立選區并添加的方法可得到圖5中的虛線部分，對選區進行填充，填充顏色為半透明紅色，這樣在后續的處理中，將有明顯的區域性分割邊緣，不會與剩下的部分混淆。這時，半透明部分的面積值為：0.5×0.5×34=8.5cm2。

盡管從圖5可以很清晰地數出小方格的數目，但邊緣的處理用這組數據的方格將不再合適，需要對網格進行重新設置，繼續分割成0.25cm×0.25cm的更小的小正方形，可得分割效果見圖6，只有接近邊緣部分的半透明橙色需要計算，計算結果為：0.25×0.25×33 =2.06 cm2。再接下來的處理過程類似，經過3次分割，最小的方格面積為：0.125×0.125=0.0156cm2。如果需要更精確的測算結果，可再進行網格的細化。最終圖片中葉的表面積為3塊面積進行相加。總的表面積為：S1=11.53cm2。

但這并不是葉片的真實面積，因為圖像在拍攝過程中會發生縮放。所以，需要測量出葉片在圖像中的長度，這個工作由PS的測量工具完成，具體使用方法，請參見圖8。測量得到的葉片長度為：L1=6.39cm，而實際葉片的長度為：L2=7.8cm。需對2個長度進行比較，獲得的比值對真實葉片的表面積測算有很重要的意義。具體計算過程如下：

4 方法優勢

便捷性，無須準備網格板等工具，省去對葉片進行復雜的先期處理，直接在田埂地頭就可以快速完成；無損性，不必把葉片裁剪下來也可以完成測算工作；拍攝后可直接借助軟件環境中的網格調整功能結合其他工具進行測算，并可針對特定葉片進行跟蹤調查，更便于了解葉片生長的生命周期。保存方便，每次的調查結果都可分類保存，形成一個葉片生長周期的數據庫。從長遠規劃看，對植物的研究能形成一個完整的數據鏈。精確度要求更人性：拍攝的圖片可根據實際情況進行同比縮放，網格能不斷細分，精確度有保證。

5 結語

在數字媒體時代，科研人員將面對更多的挑戰，充分利用身邊一些簡便有效的辦法去解決和分析問題值得思考。文中應用PS工具軟件對植物的葉片面積進行測算，是一種方便、快捷、有效的方法，同時對數據的保存分析更為有力。結合當前大數據的使用，將有利于對植物進行更系統的研究。

參考文獻

[1]石輝，王會霞，李秧秧.植物葉表面的潤濕性及其生態學意義[J].生態學報，2011，31（15）：4287-4298.

[2]劉輝，鄭逢令，安沙舟，等.天山北坡4種典型草原植物葉干重與葉面積的關系[J].新疆農業科學，2016（12）：2321-2327.

[3]歐陽安明，葉冬萍，歐陽芳.植物葉部病害的癥狀鑒別方法與防治技術[J].中國農業信息，2015（11）：99.

[4]韓殿元，黃心淵，付慧.基于彩色通道相似性圖像分割方法的植物葉面積計算[J].農業工程學報，2012，28（06）：179-183.

[5]郭文川，周超超，韓文霆.基于Android手機的植物葉片面積快速無損測量系統[J].農業機械學報，2014，45（01）：275-280.

作者簡介：姜真杰（1968-），女，內蒙古，副教授，控制理論與控制工程博士研究生，研究方向：植物建模，圖形圖像處理。