在生态学中,叶面积指数是反映植被冠层结构的重要参数之一,常用于衡量植被的生长状态。在现代科技农业生产中,通过测定和分析叶面积指数的变化,掌握农作物的生长状况,并为制定科学的栽培技术提供依据,因此叶面积指数的测定变得越来越重要。由于传统测量叶面积指数的方法对植被具有一定破坏性并且其测量成本昂贵,所以通常情况下测量叶面积指数采取基于辐射或半球图像的间接测量方法,并且己经在科研调查中被普遍认可和使用,其中半球摄影法因为其独特的优势备受学者和研究人员的青睐。通过半球摄影法反演叶面积指数时,图像的有效区域常常不在图像中央,本论文研究了提取出成像区域的算法,并应用到对半球图像的分析中。从图像中提取冠层孔隙度需要对图像进行灰度化和二值化的处理,本论文对比了多种处理方法,给出适合本仪器的算法。研究植被的投影函数发现不同曲线会汇聚在同一个值附近,应用投影函数该特性给出了本仪器的计算叶面积指数公式。本论文研究的基于半球摄影法的叶面积指数仪,它由鱼眼镜头、光学传感器、微控制器、存储模块和通信模块组成,本质上是一个图像采集、存储、传输和处理系统。仪器通过分析冠层图像来获得叶面积指数,因此采集到的图像的好坏对叶面积指数仪的测量能力起到决定性作用。本论文以嵌入式微处理器STM32F767为核心,完成了本仪器的硬件电路设计,该系统搭配一个200万像素的CMOS图像传感器OV2640,可以采集到满足条件的半球图像,微处理提供足够的计算能力,配合精心实现的软件,可以实时完成叶面积指数的计算,为了与电脑等主机设备通信,加入了USB通信接口,方便主机控制仪器的工作状态。此外,系统自带存储模块,不仅可以存储计算结果,还可以保存原始图像,便于进一步的分析。本论文首先介绍了对半球摄影法的研究,确定了本仪器反演叶面积指数的算法流程,接着详细地介绍了仪器的硬件电路设计、PCB设计、仪器的软件程序设计和外形结构设计,最后通过大量测试验证了仪器的基本性能。