摘 要：植物的葉是非常重要的器官，葉片表面積的測(cè)算對(duì)植物的各項(xiàng)研究都具有十分重要的意義。文中采用PhotoShop中的標(biāo)尺、網(wǎng)格設(shè)置功能，結(jié)合測(cè)量工具、裁剪工具和選區(qū)分色填充等方法對(duì)葉片的表面積進(jìn)行測(cè)算，相對(duì)于傳統(tǒng)的測(cè)算方法更簡(jiǎn)便、快捷、無(wú)損且精確，結(jié)果易于保存，方便與數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)接，有利于對(duì)植物體進(jìn)行系統(tǒng)性的研究。

關(guān)鍵詞：PhotoShop；表面積；葉片

中圖分類(lèi)號(hào)：S126 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170733038

植物葉片的表面積測(cè)算對(duì)研究植物的光合作用、蒸騰作用、生長(zhǎng)狀態(tài)、氣候變化等都至關(guān)重要[1， 2， 3]。目前常用的測(cè)算方法大多為網(wǎng)格法、復(fù)印稱(chēng)重法、建立回歸方程等。另外，各種基于圖像處理技術(shù)的測(cè)算方法也越來(lái)越多，但實(shí)用性較受限制[4， 5]。文中給出一種方便實(shí)用的葉片表面積測(cè)算方法，主要結(jié)合數(shù)字媒體技術(shù)進(jìn)行取樣、測(cè)量、測(cè)算和保存。當(dāng)下，數(shù)字媒體技術(shù)在各行各業(yè)中的應(yīng)用日漸深入，同時(shí)，廣泛應(yīng)用更帶來(lái)技術(shù)的飛速發(fā)展。對(duì)掃描儀、數(shù)碼相機(jī)這些數(shù)字媒體產(chǎn)品的擁有已經(jīng)不再是少數(shù)人的專(zhuān)利，而是對(duì)大部分家庭和個(gè)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(shè)備不可替代的優(yōu)勢(shì)，即便是身處野外、田間、鄉(xiāng)村也得心應(yīng)手，對(duì)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(xiàn)代科技產(chǎn)品的同時(shí)，充分發(fā)揮電子設(shè)備優(yōu)勢(shì)進(jìn)行基礎(chǔ)科學(xué)方面的輔助研究是必然趨勢(shì)。

人類(lèi)對(duì)于植物的研究由來(lái)已久，植物的主要器官：葉，始終被關(guān)注。對(duì)于很多年一直沿用的葉片表面積的測(cè)算方法，在數(shù)字媒體技術(shù)高度發(fā)展的今天，迎來(lái)了數(shù)字化時(shí)代。文中將給出一種基于圖像處理軟件的葉片表面積測(cè)算方法。

1 前期準(zhǔn)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(shù)碼掃描儀、數(shù)碼像機(jī)、手機(jī)皆可，找到合適拍攝的角度，將植物葉片展平或?qū)⑷~片剪下，對(duì)植物的葉片進(jìn)行拍攝或掃描，得到植物的葉片圖像后，通過(guò)數(shù)據(jù)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(wú)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(diào)調(diào)節(jié)、特效制作、濾鏡應(yīng)用等，但它還有一些功能對(duì)科研人員十分有用，如標(biāo)尺、網(wǎng)格、測(cè)量等工具的靈活運(yùn)用。其實(shí)，只要使用得當(dāng)，便可大大提高一線科研人員的工作效率。

2 圖像預(yù)處理

在PS的工作環(huán)境中，打開(kāi)葉片的圖像，首先觀察圖像中葉片的位置，如果沒(méi)有呈現(xiàn)豎直或水平狀態(tài)，請(qǐng)運(yùn)用PS工具箱中的裁剪工具進(jìn)行處理。具體的處理工具（見(jiàn)圖1）中紅色標(biāo)注的部分，處理結(jié)果（見(jiàn)圖2）。

為更方便圖像的處理，需將圖像的單位設(shè)置為cm，設(shè)置方法是運(yùn)用編輯菜單中的首選項(xiàng)對(duì)話框完成，具體設(shè)置過(guò)程參（見(jiàn)圖3）。單位設(shè)置成功后，需將標(biāo)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(cè)算

傳統(tǒng)的葉片表面積測(cè)算是在一張描有方格的紙板上進(jìn)行，主要以多個(gè)小正方形面積進(jìn)行逼近?，F(xiàn)在將葉片的圖像數(shù)字化處理后，可以使這一過(guò)程在PS中完成，并能根據(jù)實(shí)際情況對(duì)正方形的大小進(jìn)行調(diào)整。首先要給出PS中一個(gè)非常重要的工具：網(wǎng)格。網(wǎng)格可以使圖像的繪制、分割處理更加精確。在此，網(wǎng)格將用于分割葉片。首先使用的網(wǎng)格是0.5cm×0.5cm的小正方形，網(wǎng)格大小的具體設(shè)置方法見(jiàn)圖4，對(duì)葉片的分割效果見(jiàn)圖5。這類(lèi)稍大的網(wǎng)格主要針對(duì)葉片中心較大的區(qū)域，通過(guò)建立選區(qū)并添加的方法可得到圖5中的虛線部分，對(duì)選區(qū)進(jìn)行填充，填充顏色為半透明紅色，這樣在后續(xù)的處理中，將有明顯的區(qū)域性分割邊緣，不會(huì)與剩下的部分混淆。這時(shí)，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?cái)?shù)出小方格的數(shù)目，但邊緣的處理用這組數(shù)據(jù)的方格將不再合適，需要對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行重新設(shè)置，繼續(xù)分割成0.25cm×0.25cm的更小的小正方形，可得分割效果見(jiàn)圖6，只有接近邊緣部分的半透明橙色需要計(jì)算，計(jì)算結(jié)果為：0.25×0.25×33 =2.06 cm2。再接下來(lái)的處理過(guò)程類(lèi)似，經(jīng)過(guò)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(cè)算結(jié)果，可再進(jìn)行網(wǎng)格的細(xì)化。最終圖片中葉的表面積為3塊面積進(jìn)行相加?？偟谋砻娣e為：S1=11.53cm2。

但這并不是葉片的真實(shí)面積，因?yàn)閳D像在拍攝過(guò)程中會(huì)發(fā)生縮放。所以，需要測(cè)量出葉片在圖像中的長(zhǎng)度，這個(gè)工作由PS的測(cè)量工具完成，具體使用方法，請(qǐng)參見(jiàn)圖8。測(cè)量得到的葉片長(zhǎng)度為：L1=6.39cm，而實(shí)際葉片的長(zhǎng)度為：L2=7.8cm。需對(duì)2個(gè)長(zhǎng)度進(jìn)行比較，獲得的比值對(duì)真實(shí)葉片的表面積測(cè)算有很重要的意義。具體計(jì)算過(guò)程如下：

4 方法優(yōu)勢(shì)

便捷性，無(wú)須準(zhǔn)備網(wǎng)格板等工具，省去對(duì)葉片進(jìn)行復(fù)雜的先期處理，直接在田埂地頭就可以快速完成；無(wú)損性，不必把葉片裁剪下來(lái)也可以完成測(cè)算工作；拍攝后可直接借助軟件環(huán)境中的網(wǎng)格調(diào)整功能結(jié)合其他工具進(jìn)行測(cè)算，并可針對(duì)特定葉片進(jìn)行跟蹤調(diào)查，更便于了解葉片生長(zhǎng)的生命周期。保存方便，每次的調(diào)查結(jié)果都可分類(lèi)保存，形成一個(gè)葉片生長(zhǎng)周期的數(shù)據(jù)庫(kù)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃看，對(duì)植物的研究能形成一個(gè)完整的數(shù)據(jù)鏈。精確度要求更人性：拍攝的圖片可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行同比縮放，網(wǎng)格能不斷細(xì)分，精確度有保證。

5 結(jié)語(yǔ)

在數(shù)字媒體時(shí)代，科研人員將面對(duì)更多的挑戰(zhàn)，充分利用身邊一些簡(jiǎn)便有效的辦法去解決和分析問(wèn)題值得思考。文中應(yīng)用PS工具軟件對(duì)植物的葉片面積進(jìn)行測(cè)算，是一種方便、快捷、有效的方法，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)的保存分析更為有力。結(jié)合當(dāng)前大數(shù)據(jù)的使用，將有利于對(duì)植物進(jìn)行更系統(tǒng)的研究。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：姜真杰（1968-），女，內(nèi)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。