Определение площади листьев методом сканирования

Определение площади листьев – задача, которую необходимо решать в ходе многих количественных физиологических исследований растений. Такие параметры, как продуктивность фотосинтеза, содержание пигментов, интенсивность транспирации, дыхания и т.д. часто приводят к этой величине. Оценка площади листьев необходима в качестве морфометрического показателя роста растений. Важной характеристикой растений является также соотношение между площадью их листьев и общей массой надземной части и высотой. Представляет интерес изучение распределения листьев по площади и влияние на этот показатель гормонов роста, факторов окружающей среды, условий минерального питания и влагообеспеченности.

До появления современных компьютерных средств обработки данных измерения площади листьев проводили методом взвешивания бумажных макетов, методом расчета по произведению высоты на ширину с поправкой на коэффициент формы листа или с помощью механических планиметров. Все эти методы являются крайне трудоемкими и часто не могут обеспечить достаточную точность измерений.

В данной работе описан метод определения площади листьев с применением компьютерного сканирования, которые значительно превосходит все другие методы по скорости и точности. Он основан на применении оптического сканера и последующей обработке данных на компьютере.

Цель работы: Определить площадь листьев и получить диаграмму распределения листьев по площади для отдельного растения или его части.

Ход работы. Листья растений помещают в оптический сканер, прикрывают их сверху листом плотной белой бумаги и сканируют с заданной разрешающей способностью (например, 200 точек на дюйм – dpi) в режиме черно-белого полутонового изображения.

Определение площади листьев методом сканирования Определение площади листьев методом сканирования
Рис. 1 Исходный снимок Рис. 2. Контрастированное изображение

Полученное изображение сохраняют в виде файла *.bmp (рис. 1). Далее этот файл открывают программой ImageJ, вид панели управления которой приведена на рис. 3

Определение площади листьев методом сканирования

Рис. 3. Панель управления программой ImageJ.

Выбирают вкладку «Open» из меню «File», далее указывают файл, который надо открыть (File®Open).

В случае, если по тем или иным причинам необходимо обрабатывать ранее полученное цветное изображение, его нужно перевести в черно-белое полутоновое. Для этого открывают цветное изображение и выбирают: Image ®Type ®16 bit.

Смысл следующей операции заключается в получении из полутонового изображения высоко контрастного черно-белого изображение, где листовая пластинка будет сплошного черного цвета, а фон – белого. Для правильной настройки, чтобы фон не имел черных пятен, а лист – белых пятен (рис.2), необходимо настроить порог интенсивности, ниже которого программа преобразует серый цвет в черный, а выше – в белый.

Выбирают Image®Adjust®Threshould и затем, сдвигая в открывшемся окне маркеры полос прокрутки и одновременно наблюдая изменения изображения, подбирают нужные значения порога (рис. 4).

Определение площади листьев методом сканирования

Рис. 4. Окно управлением порогом яркости.

После выбора порога нажимают кнопку Apply и закрывают окно диалога. Окно с преобразованным изображением листьев должно оставаться открытым.

Для последующего измерения площади листьев необходимо установить тип анализа изображения. Выбирают Analyse®Set Measurements и ставят флажок напротив опции Area (площадь). Другие опции измерений должны оставаться без флажков. Диалоговое окно закрывают.

Выбирают Analyse®Analyse Particles. Открывается окно, диалоговые настройки которого должны соответствовать показанным на рисунке 5.

Определение площади листьев методом сканирования

Рис. 10. Окно управления параметрами анализа частиц.

После нажатия кнопки ОК появляется два окна, в одном из них показаны результаты вычисления площади отдельных листьев, в другом – суммарная площадь листьев:

Определение площади листьев методом сканирования Определение площади листьев методом сканирования

Рис. 6. Результаты вычислений площади отдельных листьев и суммарной площади листьев.

Окно «Results» может содержать строки, указывающие на объекты очень малой площади, всего 1 – 2 пикселя. Можно либо пренебречь ими, либо избавиться от них, перенастроив порог.

На следующем этапе измерений необходимо пересчитать площадь листьев, полученную в пикселях, на квадратные сантиметра. В нашем случае использовалось разрешение сканера 200 dpi. Это значит, что квадратный дюйм будет соответствовать квадрату этой величины – 40000 пикселям. Площадь первого листа составит: 98058/40000 = 2,45 квадратных дюйма. Коэффициент пересчета кв. дюймов в кв. см. – 6,45. Таким образом, площадь первого листа – 2,45 ´ 6,45 = 15,8 см2.

Поскольку разрешение сканера не всегда точно соответствует указанному в технической документации к нему, для проведения очень точных измерений необходимо калибровать сканер. Для этого вышеописанным образом измеряют площадь квадрата черной бумаги точно известных размеров (эталон) и вычисляют поправку как соотношение измеренной площади к фактической площади эталона. В последующем результаты измерений листьев умножают на эту поправку.

Окно «Results» сохраняют в виде файла с расширением *.xls (File®Save as». В последствии такой файл можно открыть программами Exel, Statistica, Origin и обработать данные, пользуясь инструментами этих программ – вычислить среднее, максимальное или минимальное значение, стандартное отклонение, построить диаграмму распределения листьев по площади.

Измерение площади фигур с помощью палетки. Математика Моро и другие


Похожие статьи.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями: