[發明專利]一種基于光譜圖像分析的黃瓜葉片含氮量預測方法

無效

• 申請號: 201010623929.1
• 申請日: 2010-12-31
• 公開（公告）號: CN102175626A
• 公開（公告）日: 2011-09-07
• 發明（設計）人: 楊瑋;田真;周增產;李秀剛;卜云龍;吳建紅
• 申請（專利權）人: 北京京鵬環球科技股份有限公司
• 主分類號: G01N21/27
• 分類號: G01N21/27
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司 11100
• 代理人: 朱麗華

技術領域

本發明涉及一種基于光譜圖像分析的黃瓜葉片含氮量預測方法，屬于農業技術領域。

背景技術

氮素主要是促進植物根、莖、葉的個體生長，是形成一定品質產品的首要營養元素，對作物產量的形成和品質有非常大的影響。缺氮時會引起葉綠素含量下降，使葉片綠色轉淡，嚴重時呈淡黃色。失綠的葉片色澤均一，一般不出現斑點或花斑。葉細而直，與莖的夾角小，并且莖的綠色也會因缺氮而褪淡。由于氮在植物體內有高度的移動性，能從老葉轉移到幼葉，因而缺氮癥狀從老葉開始，逐漸擴展到上部葉片。氮素過多則會導致葉面積增大，葉色深綠，葉片披散，相互遮掩，影響通風透光，造成貪青遲熟，空秕粒多，產量降低，品質下降等。因而氮素診斷技術的研究非常重要。

歸一化植被差異指數(NDVI)是遙感監測地面植物生長和分布的一種方法。當遙感器測量地面反射光譜時，不僅測得地面植物的反射光譜，還測得土壤的反射光譜。當光照射在植物上時，近紅外波段的光大部分被植物反射回來，可見光波段的光則大部分被植物吸收，通過對近紅外光和紅光波段反射率的線性或非線性組合，可以消除土壤光譜的影響，得到的特征指數稱為歸一化植被差異指數。美國俄克拉荷馬州立大學Dr.Marvin?Stone等人用便攜式光纖光譜儀測量光譜反射率的方法，開展了用NDVI來獲取氮利用率NUE(nitrogen?use?efficiency)和氮肥需要量的研究，并取得成果。歸一化植被差異指數NDVI定義為：

NDVI=RIR-RRRIR+RR---(1)]]>

式中R_IR為某近紅外光特征波長處的植被反射率，R_R為某紅光特征波長處植被的反射率。許多學者通過各種統計方法來尋求含氮量與光譜反射率或其衍生量的關系，并建立模型來估算作物的氮素含量。在含氮量與光譜反射率關系的理論研究基礎上，科學家嘗試用理論來指導變量施肥。

作物的光譜特性包含著作物的很多重要信息，因此通過研究作物的光譜圖像，可以進行作物營養成分的分析。但是，目前用于作物光譜分析的多光譜相機普遍存在的問題是算法過于復雜，不適宜實時處理，或者是對拍攝條件、目標都有一定的嚴格要求，儀器成本造價也高，所以亟待有好的方法實現。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于光譜圖像分析的黃瓜葉片含氮量預測方法，能直觀有效的獲取作物營養狀態，對于黃瓜葉片含氮量預測快速而且直觀。

為實現上述目的，本發明采用如下的技術方案：

一種基于光譜圖像分析的黃瓜葉片含氮量預測方法，其包括以下步驟：

一種基于光譜圖像分析的黃瓜葉片含氮量預測方法，在CCD照相機鏡頭前加特征波長的近紅外光及紅光濾光片，先采集黃瓜葉片的近紅外及紅光圖像，得到黃瓜葉片的灰度值；通過一經驗公式測得近紅外光特征波長處的植被反射率R_IR和紅光特征波長處黃瓜葉片的反射率R_R；再依據黃瓜葉片在特征波長的近紅外及紅光波段的反射率值R_IR、R_R得到歸一化植被差異指數(NDVI)；根據NDVI指數判斷黃瓜葉片含氮量水平從而實現對黃瓜葉片含氮量的預測。

基于光譜圖像分析的黃瓜葉片含氮量預測方法具體步驟如下：

步驟一、確立黃瓜葉片的反射率(y)和一組(三個以上標定板灰度值(x)之間建立的經驗公式y＝0.0027x-0.035；

步驟二、在CCD照相機上分別加紅光濾光片和窄帶近紅外光濾光片，采集葉片的近紅外及紅光圖像；

步驟三、對葉片的近紅外及紅光圖像進行葉片和背景的分離，得到被測定的黃瓜葉片的灰度值(x)；

步驟四、根據經驗公式將黃瓜葉片灰度值(x)轉換為黃瓜葉片的近紅外光特征波長處的植被反射率RIR和紅光特征波長處植被的反射率RR；