[發明專利]一種用于檢測作物冠層葉片碳氮比的光譜指數構造方法

有效

• 申請號: 201210545190.6
• 申請日: 2012-12-14
• 公開（公告）號: CN103048276A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 徐新剛;趙春江;宋曉宇;楊貴軍;楊小冬;顧曉鶴;楊浩;龍慧靈;董燕生;張競成;馮海寬
• 申請（專利權）人: 北京農業信息技術研究中心
• 主分類號: G01N21/25
• 分類號: G01N21/25
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

技術領域

本發明涉及一種光譜指數構造方法，尤指一種用于檢測作物冠層葉片碳氮比的光譜指數構造方法。

背景技術

碳與氮是作物植株的兩個基本元素，它們的代謝狀況對作物產量與品質的形成具有重要影響。作物葉片碳氮比（葉片碳含量與氮含量的比值）能夠說明碳與氮二者的代謝狀況，是一個綜合診斷作物植株體內碳氮平衡、營養狀況、生長活性和抗病性的重要指標，因此實時、有效和準確地檢測作物葉片碳氮比對于田間作物長勢診斷和栽培管理具有重要意義。

常規的作物冠層葉片碳氮比的檢測，通常是采用田間取樣、實驗室化驗的方式實現，檢測不僅耗時費力、成本高，而且具有破壞性和滯后性。近年來，隨著高光譜遙感技術的快速發展，應用光譜無損探測技術對諸如作物葉片碳、氮含量的生理生化組分進行無損、快速的檢測，已成為當前田間作物長勢、營養診斷應用的重要內容。

當前，應用高光譜技術檢測作物葉片氮含量的光譜指數方法很多，但用于檢測碳氮比的光譜指數方法的報道卻不多見，已報道的少數幾個用于檢測碳氮比的光譜指數，也多是使用兩三個特征波長的原始反射率通過簡單地數學運算得到，但由于使用的波長較少，相鄰波長原始反射率間存在著高度相關性，使得構造的光譜指數用于碳氮比檢測時缺乏應有的穩定性。此外，已有的光譜指數使用的是原始反射率信息，而在實際應用中，田間獲取作物冠層光譜時易受天空局部云斑陰影暫時或偶然性遮擋，以及一天中不同時間段太陽高度角變化等因素造成的光照條件差異的影響，使得用原始反射率計算的光譜指數往往攜帶一定的測量誤差，用于作物葉片碳氮比檢測時必然會產生不必要的檢測誤差。

發明內容

（一）要解決的技術問題

針對現有技術中的上述缺陷，本發明要解決的技術問題是：提供一種用于檢測作物冠層葉片碳氮比的光譜指數構造方法，其能夠挖掘高光譜數據中豐富的多波段反射率信息，避免已有光譜指數因使用的波長數過少，相鄰波長原始反射率間存在高度相關性，導致檢測碳氮比時產生的不穩定問題，同時在一定程度上消除由偶然性云斑陰影或不同測量時段太陽高度角變化等因素產生的光照條件差異造成的光譜測量誤差問題，以提高所構造的光譜指數對作物冠層葉片碳氮比檢測的準確性和可比性。

（二）技術方案

為解決上述問題，本發明提供了一種用于檢測作物冠層葉片碳氮比的光譜指數構造方法，所述方法包括步驟：

（1）獲取作物冠層500nm～910nm波段范圍的高光譜原始反射率數據；

（2）利用獲取的作物冠層原始反射率計算相對反射率；

（3）計算相對反射率曲線中500nm～550nm、680nm～760nm以及760nm～910nm三個子波段范圍光譜曲線的斜率；

（4）構建用于檢測作物冠層葉片碳氮比的光譜指數RCN。

進一步，步驟（1）按以下方法獲取500nm～910nm波段范圍的高光譜原始反射率數據：使用可測量作物冠層500nm～910nm波段范圍光譜的便攜式地物高光譜測量儀，在田間直接測量作物冠層輻亮度或DN值數據，則通過相應的參考板校正參數計算得到作物冠層高光譜原始反射率。

進一步，步驟（1）按以下方法獲取500nm～910nm波段范圍的高光譜原始反射率數據：使用包含了500nm～910nm波段范圍的高光譜遙感影像數據，則通過相應的輻射定標與大氣校正處理，得到地表作物冠層的高光譜原始反射率數據。

進一步，步驟（2）按以下方法計算相對反射率：對于獲取的由500nm～910nm波段范圍內各波長對應的原始反射率形成的光譜曲線，首先進行三點平滑計算得到平滑反射率，然后計算平滑處理后的該光譜曲線反射率的均值，緊接著使用平滑處理后的光譜曲線上各波長對應的反射率除以該均值，所得結果即為500nm～910nm波段范圍內各波長對應的相對反射率。

進一步，所述平滑反射率的計算公式為R_i=(r_i-1+r_i+r_i+1)/3，R_i指三點平滑處理后第i個波長所對應的平滑反射率，r_i指500nm～910nm波段范圍內第i個波長所對應的原始反射率；平滑處理后反射率的均值的計算公式為n指500nm～910nm波段范圍內波長的個數，A指平滑處理后反射率的均值；所述500nm～910nm波段范圍內各波長對應的相對反射率的計算公式為R′_i=R_i/A，R′_i指計算得到的第i個波長所對應的相對反射率。