[發明專利]基于熱成像技術的植物健康狀態檢測方法

有效

• 申請號: 201310507261.8
• 申請日: 2013-10-24
• 公開（公告）號: CN103674998A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 邱國玉;李瑞利;梁曉健;朱勇勝
• 申請（專利權）人: 北京大學深圳研究生院
• 主分類號: G01N25/00
• 分類號: G01N25/00
• 代理公司: 深圳市中聯專利代理有限公司 44274
• 代理人: 李俊

技術領域

本發明涉及一種評價植物長勢的技術，尤其涉及一種基于熱成像技術的植物健康狀態檢測方法。?

背景技術

近年來，隨著遙感技術的進步，植物冠層溫度在遙感領域得到應用。已有研究利用植被表面溫度、氣溫和植被指數來計算作物水分虧缺，用于探討不完全覆蓋植被區的水分虧缺問題。后來，冠層氣溫差被廣泛應用于計算蒸散量和光合作用，并被進一步應用于計算作物水分虧缺。在這些研究的基礎上，表面溫度已經變成一個獲取生物環境信息的可靠技術，并廣泛應用于CO₂通量監測、污染監測和農業領域。然而，要利用這些方法測算蒸騰量，除了需要表面溫度外，還需要一些實地測量的參數，比如風速、水汽壓等，因此它們在遙感方面的應用受到一定限制。?

三溫模型是測算蒸散量和評價環境質量的一種方法，因其模型的核心是表面溫度、參考表面溫度和氣溫，故被稱為“三溫模型”。該模型具有參數少、計算簡單以及容易遙感觀測等優點，而且植被蒸騰擴散系數能很好地反映蒸騰過程和確定蒸騰量，并且容易測得，便于遙感應用。?

植被蒸騰擴散系數（h_at）的定義式為h_at=(T_c-T_a)/(T_p-T_a),式中T_c、T_p和T_a分別為冠層溫度、參考溫度和氣溫。其中，參考溫度是指蒸騰量為零的葉片的冠層溫度。理論上，植被蒸騰擴散系數的取值范圍為h_at≤1，h_at的取值范圍可以表示了植被蒸騰量的大小，該系數越小，蒸騰量越大。?

熱紅外圖像是通過紅外熱成像儀，利用紅外熱成像技術，探測目標物體的紅外輻射，并通過光電轉換、信號處理等手段，獲得的目標物體的溫度分布圖像。由于土壤與植被表面溫度的差異，可以在熱紅外圖像中通過溫度將兩者區分開來。?

目前，在熱紅外圖片上區分植被和土壤區域主要借助Envi等軟件，主要?方法有兩種：手動區分和利用軟件監督分類。手動區分是指參考熱紅外圖像對應的可見光圖像，將植物與土壤的邊界在相應軟件中標注出來。這種方法準確度高，但在處理較復雜或區域較大的圖片時效率較低，且費時費力，不適于大量圖片的處理；利用軟件監督分類是指在軟件中分別標記土壤和植被的代表區域，之后通過軟件的監督分類功能，由軟件自行判斷土壤和植被的邊界，并得出分類結果。這種方法較為簡便，有一定的準確度，但由于需要借助專業軟件，故適用性受到一定限制。?

發明內容

本發明提供一種基于熱成像技術的植物健康狀態檢測方法，可以實現自動分離植被區域和土壤區域并計算植被蒸騰擴散系數，從而確定植物的健康狀態。?

本發明提出一種基于熱成像技術的植物健康狀態檢測方法，包括：?

獲取包括植物和參考葉片的熱紅外圖像，將所述植物和參考葉片的熱紅外圖像的溫度數據分別導出成制表符分割的溫度數據文檔；?

讀取上述溫度數據文檔，去除所述數據文檔中溫度數據以外的信息獲得純溫度數據文檔，通過植被土壤分離算法獲得植被土壤分離數據文檔和冠層溫度T_c；?

獲取所述參考葉片的熱紅外圖像的溫度數據，處理所得參考溫度T_p；?

利用所述植物的熱紅外圖像拍攝時間信息，結合拍攝所在地氣象數據信息，獲取所述拍攝時間點的氣溫數據T_a；?

根據所述冠層溫度T_c、參考溫度T_p以及所述氣溫數據T_a計算所述植被蒸騰擴散系數和健康狀況等級。?

優選的，所述的基于熱成像技術的植物健康狀態檢測方法中，所述通過植被土壤分離算法獲得植被土壤分離數據文檔和冠層溫度T_c具體包括：?

以植物的熱紅外圖像溫度數據中心位置4×4共16個數據為基準點，分別獲取該16個數據中的最大值A和最小值B，然后取（B-0.5，A+0.5）為合理區間，該區間內的溫度值即為冠層溫度T_c；?

根據所述冠層溫度T_c分離植被區域與土壤區域，獲得植被土壤分離數據文檔。?