基于LabVIEW和MATLAB的葉綠素熒光圖像采集分析系統(tǒng)研制.pdf

1、葉綠素熒光技術(shù)作為研究植物光合作用的天然探針，具有無損、高效、準確等優(yōu)點。在設(shè)施農(nóng)業(yè)中，通過葉綠素熒光技術(shù)能夠快速、有效地提取植物生理信息，為植物生長環(huán)境和肥水灌溉的控制提供決策支持。
　　為了在溫室中能夠快速、便捷地獲取植物生理生態(tài)信息，本文設(shè)計了一套基于LabVIEW和MATLAB的葉綠素熒光圖像采集分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)χ参锷硇畔⑦M行無損分析，具有操作簡便、分析迅速、性價比高等優(yōu)點。
　　本文主要的研究工作如下:

2、r>　　(1)根據(jù)作物生長現(xiàn)場狀況及實際硬件條件，確定了系統(tǒng)總體軟硬件架構(gòu)及技術(shù)方案。
　　(2)根據(jù)技術(shù)方案，本系統(tǒng)主要由PC（上位機）、控制器（下位機）、相機、光源、滑軌平臺等設(shè)備構(gòu)成。通過對比分析完成了硬件設(shè)備選型及整體硬件系統(tǒng)的搭建，并進行系統(tǒng)測試優(yōu)化硬件系統(tǒng)。
　　(3)根據(jù)系統(tǒng)功能需求選定軟件實現(xiàn)方案，進行軟件設(shè)計。在PC上位機端，通過LabVIEW軟件及VISA、VDM、VAS等組件實現(xiàn)了基于虛擬儀器的儀器控制

3、和機器視覺功能。并選定適合本項目的LabVIEW和MATLAB軟件混合編程方式，根據(jù)應(yīng)用需求設(shè)計了基于MATLAB的圖像處理軟件。在控制器下位機端，使用Keil uVision5軟件進行程序設(shè)計，實現(xiàn)了動作機構(gòu)的控制。
　　(4)為了獲得最優(yōu)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定方案，本文以相機與被測物的距離、光源輸出功率、相機曝光時間三個參數(shù)為變量，以溫室常見作物辣椒為試驗對象進行試驗。試驗結(jié)果表明，在本系統(tǒng)調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，相機與被測物的距離越小，光源輸出功

4、率越大，在葉片處的光功率也越高，葉綠素熒光激發(fā)效果也就越好。相機曝光時間越長，系統(tǒng)采集的葉片熒光亮度就會越高。但過長的曝光時間會導(dǎo)致圖像亮度過高，使獲取的數(shù)據(jù)無法正常表述熒光圖像特征。因此通過試驗數(shù)據(jù)分析最終設(shè)定的方案為:當相機與被測物的距離為20cm，光源輸出最大功率(此時葉片處的光功率為9.9mW)，相機曝光時間為200ms時，獲取的熒光圖像特征參數(shù)為最大有效數(shù)據(jù)。
　　(5)本文利用葉綠素熒光儀及本文設(shè)計的葉綠素熒光圖像采集

5、分析系統(tǒng)分別對相同試驗對象辣椒葉片進行特征參數(shù)采集，并將獲取的葉綠素熒光參數(shù)與熒光圖像特征參數(shù)矩陣均值進行顯著性和相關(guān)性分析。結(jié)果表明，葉綠素熒光圖像特征參數(shù)與qL、 NPQ、FM、 FV/FM顯著相關(guān)，其中R分量和G分量與qL間相關(guān)系數(shù)為0.845屬于高度相關(guān)，G分量與NPQ間相關(guān)系數(shù)為0.548，B分量與FM間相關(guān)系數(shù)為0.566，R分量和G分量與FV/FM間相關(guān)系數(shù)為0.658均屬于中度相關(guān)。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)建立相關(guān)參數(shù)的回歸模型。在