基于PS的植物叶片表面积的测算

摘 要：植物的叶是非常重要的器官，叶片表面积的测算对植物的各项研究都具有十分重要的意义。文中采用PhotoShop中的标尺、网格设置功能，结合测量工具、裁剪工具和选区分色填充等方法对叶片的表面积进行测算，相对于传统的测算方法更简便、快捷、无损且精确，结果易于保存，方便与数据库对接，有利于对植物体进行系统性的研究。

关键词：PhotoShop；表面积；叶片

中图分类号：S126 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20170733038

植物叶片的表面积测算对研究植物的光合作用、蒸腾作用、生长状态、气候变化等都至关重要[1， 2， 3]。目前常用的测算方法大多为网格法、复印称重法、建立回归方程等。另外，各种基于图像处理技术的测算方法也越来越多，但实用性较受限制[4， 5]。文中给出一种方便实用的叶片表面积测算方法，主要结合数字媒体技术进行取样、测量、测算和保存。当下，数字媒体技术在各行各业中的应用日渐深入，同时，广泛应用更带来技术的飞速发展。对扫描仪、数码相机这些数字媒体产品的拥有已经不再是少数人的专利，而是对大部分家庭和个人都十分熟悉的日常用品。家用电脑的使用则更为普及，几乎人手必备。体积小、容量大、功能多、速度快是电子设备不可替代的优势，即便是身处野外、田间、乡村也得心应手，对广大科技工作者而言同样是不可缺少的工具。在享用这些现代科技产品的同时，充分发挥电子设备优势进行基础科学方面的辅助研究是必然趋势。

人类对于植物的研究由来已久，植物的主要器官：叶，始终被关注。对于很多年一直沿用的叶片表面积的测算方法，在数字媒体技术高度发展的今天，迎来了数字化时代。文中将给出一种基于图像处理软件的叶片表面积测算方法。

1 前期准备

要获得叶片的图像，即取样。拍摄或扫描工具必不可少。笔记本电脑的摄像头、数码扫描仪、数码像机、手机皆可，找到合适拍摄的角度，将植物叶片展平或将叶片剪下，对植物的叶片进行拍摄或扫描，得到植物的叶片图像后，通过数据线传入电脑。然后将是图像处理工具的安装。电脑中须具备一款用于图像处理的工具软件：PhotoShop，版本无特别限制，目前使用的几种版本，所需的图像处理基本功能都具备。虽然这款软件的主要工作是图形、图像处理，诸如色调调节、特效制作、滤镜应用等，但它还有一些功能对科研人员十分有用，如标尺、网格、测量等工具的灵活运用。其实，只要使用得当，便可大大提高一线科研人员的工作效率。

2 图像预处理

在PS的工作环境中，打开叶片的图像，首先观察图像中叶片的位置，如果没有呈现竖直或水平状态，请运用PS工具箱中的裁剪工具进行处理。具体的处理工具（见图1）中红色标注的部分，处理结果（见图2）。

为更方便图像的处理，需将图像的单位设置为cm，设置方法是运用编辑菜单中的首选项对话框完成，具体设置过程参（见图3）。单位设置成功后，需将标尺在工作界面中加以显示，这样才可以看到具体的尺寸。

3 叶片表面积的测算

传统的叶片表面积测算是在一张描有方格的纸板上进行，主要以多个小正方形面积进行逼近。现在将叶片的图像数字化处理后，可以使这一过程在PS中完成，并能根据实际情况对正方形的大小进行调整。首先要给出PS中一个非常重要的工具：网格。网格可以使图像的绘制、分割处理更加精确。在此，网格将用于分割叶片。首先使用的网格是0.5cm×0.5cm的小正方形，網格大小的具体设置方法见图4，对叶片的分割效果见图5。这类稍大的网格主要针对叶片中心较大的区域，通过建立选区并添加的方法可得到图5中的虚线部分，对选区进行填充，填充颜色为半透明红色，这样在后续的处理中，将有明显的区域性分割边缘，不会与剩下的部分混淆。这时，半透明部分的面积值为：0.5×0.5×34=8.5cm2。

尽管从图5可以很清晰地数出小方格的数目，但边缘的处理用这组数据的方格将不再合适，需要对网格进行重新设置，继续分割成0.25cm×0.25cm的更小的小正方形，可得分割效果见图6，只有接近边缘部分的半透明橙色需要计算，计算结果为：0.25×0.25×33 =2.06 cm2。再接下来的处理过程类似，经过3次分割，最小的方格面积为：0.125×0.125=0.0156cm2。如果需要更精确的测算结果，可再进行网格的细化。最终图片中叶的表面积为3块面积进行相加。总的表面积为：S1=11.53cm2。

但这并不是叶片的真实面积，因为图像在拍摄过程中会发生缩放。所以，需要测量出叶片在图像中的长度，这个工作由PS的测量工具完成，具体使用方法，请参见图8。测量得到的叶片长度为：L1=6.39cm，而实际叶片的长度为：L2=7.8cm。需对2个长度进行比较，获得的比值对真实叶片的表面积测算有很重要的意义。具体计算过程如下：

4 方法优势

便捷性，无须准备网格板等工具，省去对叶片进行复杂的先期处理，直接在田埂地头就可以快速完成；无损性，不必把叶片裁剪下来也可以完成测算工作；拍摄后可直接借助软件环境中的网格调整功能结合其他工具进行测算，并可针对特定叶片进行跟踪调查，更便于了解叶片生长的生命周期。保存方便，每次的调查结果都可分类保存，形成一个叶片生长周期的数据库。从长远规划看，对植物的研究能形成一个完整的数据链。精确度要求更人性：拍摄的图片可根据实际情况进行同比缩放，网格能不断细分，精确度有保证。

5 结语

在数字媒体时代，科研人员将面对更多的挑战，充分利用身边一些简便有效的办法去解决和分析问题值得思考。文中应用PS工具软件对植物的叶片面积进行测算，是一种方便、快捷、有效的方法，同时对数据的保存分析更为有力。结合当前大数据的使用，将有利于对植物进行更系统的研究。

参考文献

[1]石辉，王会霞，李秧秧.植物叶表面的润湿性及其生态学意义[J].生态学报，2011，31（15）：4287-4298.

[2]刘辉，郑逢令，安沙舟，等.天山北坡4种典型草原植物叶干重与叶面积的关系[J].新疆农业科学，2016（12）：2321-2327.

[3]欧阳安明，叶冬萍，欧阳芳.植物叶部病害的症状鉴别方法与防治技术[J].中国农业信息，2015（11）：99.

[4]韩殿元，黄心渊，付慧.基于彩色通道相似性图像分割方法的植物叶面积计算[J].农业工程学报，2012，28（06）：179-183.

[5]郭文川，周超超，韩文霆.基于Android手机的植物叶片面积快速无损测量系统[J].农业机械学报，2014，45（01）：275-280.

作者简介：姜真杰（1968-），女，内蒙古，副教授，控制理论与控制工程博士研究生，研究方向：植物建模，图形图像处理。