基于LabVIEW和MATLAB的葉綠素熒光圖像采集分析系統研制.pdf

1、葉綠素熒光技術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。在設施農業(yè)中，通過葉綠素熒光技術能夠快速、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，本文設計了一套基于LabVIEW和MATLAB的葉綠素熒光圖像采集分析系統。該系統能夠對植物生理信息進行無損分析，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)根據作物生長現場狀況及實際硬件條件，確定了系統總體軟硬件架構及技術方案。
　　(2)根據技術方案，本系統主要由PC（上位機）、控制器（下位機）、相機、光源、滑軌平臺等設備構成。通過對比分析完成了硬件設備選型及整體硬件系統的搭建，并進行系統測試優(yōu)化硬件系統。
　　(3)根據系統功能需求選定軟件實現方案，進行軟件設計。在PC上位機端，通過LabVIEW軟件及VISA、VDM、VAS等組件實現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，根據應用需求設計了基于MATLAB的圖像處理軟件。在控制器下位機端，使用Keil uVision5軟件進行程序設計，實現了動作機構的控制。
　　(4)為了獲得最優(yōu)系統參數設定方案，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為變量，以溫室常見作物辣椒為試驗對象進行試驗。試驗結果表明，在本系統調節(jié)范圍內，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，系統采集的葉片熒光亮度就會越高。但過長的曝光時間會導致圖像亮度過高，使獲取的數據無法正常表述熒光圖像特征。因此通過試驗數據分析最終設定的方案為: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為最大有效數據。
　　(5)本文利用葉綠素熒光儀及本文設計的葉綠素熒光圖像采集

5、分析系統分別對相同試驗對象辣椒葉片進行特征參數采集，并將獲取的葉綠素熒光參數與熒光圖像特征參數矩陣均值進行顯著性和相關性分析。結果表明，葉綠素熒光圖像特征參數與qL、 NPQ、FM、 FV/FM顯著相關，其中R分量和G分量與qL間相關系數為0.845屬于高度相關，G分量與NPQ間相關系數為0.548，B分量與FM間相關系數為0.566，R分量和G分量與FV/FM間相關系數為0.658均屬于中度相關。根據試驗數據建立相關參數的回歸模型。在