[發(fā)明專利]一種基于可見光圖像融合值的作物氮素營養(yǎng)檢測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611175767.3
• 申請日: 2016-12-19
• 公開（公告）號: CN106841051B
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王遠;施衛(wèi)明;王德建
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院南京土壤研究所
• 主分類號: G01N21/25
• 分類號: G01N21/25;G06T7/90
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 唐循文

本發(fā)明涉及一種基于可見光圖像融合值的作物氮素營養(yǎng)檢測方法，針對作物的綠度和覆蓋度進行特征融合分析，綜合考慮了作物不同生長時期或發(fā)育狀況下的氮素營養(yǎng)狀況，并能對其進行定量分析，顯著提高了氮素營養(yǎng)診斷結(jié)果的準確性；并且本發(fā)明所設(shè)計方法，僅利用一張作物冠層圖像中提取的綠度和覆蓋度，即可進行氮素診斷，數(shù)據(jù)獲取簡單方便、氮素診斷成本低、速度快，可以在大田自然光條件下實時獲取作物的氮素營養(yǎng)狀況。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于可見光圖像融合值的作物氮素營養(yǎng)檢測方法，屬于農(nóng)作物氮素診斷技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

氮素是對作物生產(chǎn)和產(chǎn)量形成影響最為顯著的元素之一，目前在我國中部和東部地區(qū)，大部分農(nóng)田都存在過量施氮的情況。一方面，過量施用的氮肥通過各種途徑進入土壤、水體和大氣，造成一系列環(huán)境問題；另一方面，氮肥的過量施用也造成了經(jīng)濟和能源的浪費。對作物進行氮素診斷并指導施肥，可以在保證產(chǎn)量的前提下實現(xiàn)氮肥的源頭減量施用（彭少兵, 黃見良, 鐘旭華, 楊建昌, 王光火, 鄒應(yīng)斌, 張福鎖, 朱慶森. 提高中國稻田氮肥利用率的研究策略. 中國農(nóng)業(yè)科學. 2002, 35(9): 1095-103.）。

目前對作物氮素進行測量的標準方法仍然是化學分析法，雖然其測試結(jié)果準確，但需要花費大量的人力物力及時間才能完成。日本Minolta公司在上世紀80年代推出了便攜式葉綠素儀，可以對植物葉片葉綠素相對含量進行快速測定。該儀器采用主動光源，測試速度快，便攜性強，在科研中得到了廣泛的應(yīng)用，但其單次測試面積較小，需要大量重復測定才能得到較穩(wěn)定的結(jié)果。Yara N-Sensor、GreenSeeker等多光譜或高光譜設(shè)備可以利用反射光譜數(shù)據(jù)對作物進行氮素診斷，但這些已有設(shè)備價格昂貴，難以在我國分散式種植的環(huán)境下推廣應(yīng)用。

隨著計算機視覺技術(shù)的發(fā)展，科研人員開始寄希望于利用普通數(shù)碼相機圖像獲取作物的氮素營養(yǎng)狀況。以數(shù)碼相機作為作物氮素診斷工具，推廣時幾乎不需要額外的設(shè)備投入，因此如果該方法發(fā)展成熟，將具有極大的應(yīng)用前景。現(xiàn)階段，已有部分研究利用數(shù)碼相機圖像獲取作物生長指標或氮素指標，申請?zhí)枮?01110228089.3的發(fā)明專利,公開了一種利用普通數(shù)碼相機獲取水稻冠層葉面積指數(shù)的方法，申請?zhí)枮?00910237355.1的發(fā)明專利公開了一種快速檢測葉片葉綠素含量的建模方法及檢測方法，這些方法利用數(shù)碼相機拍攝作物冠層或葉片圖像，以圖像特征反演作物指標。申請?zhí)枮?00910100740.1的發(fā)明專利公開了一種圖像法水稻氮肥施肥推薦方法，該方法利用圖像顏色信息反演多種作物生長指標，并對作物氮素營養(yǎng)狀況進行判斷，但其并不能對作物氮素營養(yǎng)狀況進行定量分析，且易受外界光照條件的影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種針對作物的綠度和覆蓋度進行特征融合分析，能夠準確反映作物氮素營養(yǎng)狀況的基于可見光圖像融合值的作物氮素營養(yǎng)檢測方法。

本發(fā)明為了解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：本發(fā)明設(shè)計了一種基于可見光圖像融合值的作物氮素營養(yǎng)檢測方法，包括如下步驟：

步驟A. 針對分別對應(yīng)預(yù)設(shè)不同氮素營養(yǎng)的各個作物種植區(qū)，基于實測作物冠層圖像的綠度值和覆蓋度值，構(gòu)建以覆蓋度值為變量，綠度值為因變量的臨界氮稀釋模型；同時，實測獲得待測作物的作物葉片氮濃度或SPAD值；

步驟B. 實測獲得待測作物冠層圖像的綠度值和覆蓋度值，該綠度值作為待測作物冠層的綠度實測值；并根據(jù)該覆蓋度值，通過臨界氮稀釋模型，計算獲得綠度值，作為待測作物冠層的綠度計算值；

步驟C. 獲得待測作物冠層的綠度實測值與綠度計算值的比值，作為待測作物氮營養(yǎng)指數(shù)NNI；

步驟D. 根據(jù)待測作物冠層綠度實測值與作物葉片氮濃度或SPAD值的關(guān)系，分情況針對待測作物氮營養(yǎng)指數(shù)NNI進行分析，獲得待測作物氮營養(yǎng)狀況。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述步驟A，包括如下步驟：