[發(fā)明專利]基于紅外熱圖像精準(zhǔn)提取樹木冠層溫度的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710819206.0
• 申請日: 2017-09-12
• 公開（公告）號(hào): CN107767364B
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫圣;張勁松;孫守家;何春霞;黃輝;尹昌君;施生綿
• 申請（專利權(quán)）人: 中國林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所
• 主分類號(hào): G06T7/00
• 分類號(hào): G06T7/00;G01J5/00
• 代理公司: 北京風(fēng)雅頌專利代理有限公司 11403
• 代理人: 朱親林

本發(fā)明公開了一種基于紅外熱圖像精準(zhǔn)提取樹木冠層溫度的方法，包括：檢測并獲取待檢測樹木的紅外熱圖像數(shù)據(jù)；提取所述紅外熱圖像數(shù)據(jù)中包含的所有像素點(diǎn)溫度值；根據(jù)所述像素點(diǎn)溫度值，將紅外熱圖像由彩色圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像；根據(jù)樹木冠層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用相應(yīng)的區(qū)域形狀確定不規(guī)則樹木冠層的區(qū)域范圍；在樹木冠層的區(qū)域范圍內(nèi)，根據(jù)灰度圖像中的灰度值，提取相應(yīng)數(shù)量的像素點(diǎn)，得到樹木冠層溫度的分布狀態(tài)。這樣不僅能夠降低冗余數(shù)據(jù)尤其是土壤背景的干擾，而且提取出的像素點(diǎn)能夠準(zhǔn)確反映樹木冠層溫度。因此，本申請所述基于紅外熱圖像精準(zhǔn)提取樹木冠層溫度的方法能夠準(zhǔn)確提取樹木冠層溫度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及樹木冠層溫度提取相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，特指一種基于紅外熱圖像精準(zhǔn)提取樹木冠層溫度的方法。

背景技術(shù)

自1963年起，科學(xué)家就開始通過植物冠層溫度來研究和監(jiān)測植物的生長發(fā)育情況。與此同時(shí)，紅外技術(shù)的迅猛發(fā)展使得冠層溫度的測量逐步由紅外溫度計(jì)替代了原有的單點(diǎn)、小范圍、短周期的熱電偶測溫技術(shù)。此后，隨著對空間和時(shí)間分辨率的要求，后續(xù)又產(chǎn)生了普適性更強(qiáng)的熱紅外成像系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了高分辨率、長期、連續(xù)的監(jiān)測要求。由于農(nóng)作物栽植密度大，而且生長可以形成均一化程度較高的連續(xù)冠層，不受背景條件的影響，所以對于農(nóng)作物紅外熱圖像信息的提取比較簡單，使得該技術(shù)在國內(nèi)外農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用已經(jīng)比較成熟，其多用于監(jiān)測作物水分虧缺狀況并指導(dǎo)灌溉。但是，由于果樹的栽植密度稀疏，行間距較大，加上人為整枝會(huì)形成不規(guī)則的冠層，且冠層結(jié)構(gòu)中存在諸多大小不一的空隙，會(huì)受到地面土壤背景的干擾，因此，實(shí)現(xiàn)果樹冠層溫度的精準(zhǔn)提取相對困難。國外利用紅外熱像系統(tǒng)提取樹木冠層溫度的研究大多集中在經(jīng)濟(jì)林樹種上，如蘋果、桃、葡萄和橄欖，也有極少涉及到闊葉樹種，如紅橡木和紅花槭。而國內(nèi)在林木方面的相關(guān)研究僅限于蘋果樹的水分脅迫診斷、模型預(yù)測以及果實(shí)品質(zhì)檢驗(yàn)的研究。目前，國內(nèi)外對單株林木尺度上的冠層溫度精準(zhǔn)提取并沒有詳細(xì)闡述，基本上都是選取局部來代替整個(gè)冠層溫度，或者人為設(shè)定溫度閾值來粗略提取冠層溫度，存在較大誤差。

因此，在實(shí)現(xiàn)本申請的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問題：當(dāng)前針對于樹木冠層溫度的提取精度不高、誤差較大。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提出一種基于紅外熱圖像精準(zhǔn)提取樹木冠層溫度的方法，能夠精準(zhǔn)提取樹木冠層溫度。從而為后續(xù)研究樹木冠層溫度與其生理生化指標(biāo)的關(guān)系和實(shí)現(xiàn)無損實(shí)時(shí)診斷樹木水分虧缺狀況，以及科學(xué)的灌溉策略制定奠定了重要的理論基礎(chǔ)。

基于上述目的本發(fā)明提供的一種基于紅外熱圖像精準(zhǔn)提取樹木冠層溫度的方法，包括：

檢測并獲取待檢測樹木的紅外熱圖像數(shù)據(jù)；

提取所述紅外熱圖像數(shù)據(jù)中包含的所有像素點(diǎn)溫度值；

根據(jù)所述像素點(diǎn)溫度值，將紅外熱圖像由彩色圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像；

根據(jù)樹木冠層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用相應(yīng)的區(qū)域形狀確定不規(guī)則樹木冠層的區(qū)域范圍；

在樹木冠層的區(qū)域范圍內(nèi)，根據(jù)灰度圖像中的灰度值，提取相應(yīng)數(shù)量的像素點(diǎn)，得到樹木冠層溫度的分布狀態(tài)。

可選的，根據(jù)所述像素點(diǎn)溫度值，將紅外熱圖像由彩色圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像的步驟還包括：根據(jù)像素點(diǎn)的溫度值，采用溫度插值法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并生成相應(yīng)的灰度圖像。

可選的，所述相應(yīng)的區(qū)域形狀為橢圓形或者圓形。

可選的，所述根據(jù)灰度圖像中的灰度值，提取相應(yīng)數(shù)量的像素點(diǎn)的步驟還包括：利用滑動(dòng)平均法、Filter濾波-無權(quán)重、Filter濾波-中心法三種數(shù)值濾波方法并且結(jié)合變異系數(shù)法提取得到最適宜的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)。

可選的，所述利用滑動(dòng)平均法、Filter濾波-無權(quán)重、Filter濾波-中心法三種數(shù)值濾波方法并且結(jié)合變異系數(shù)法提取得到最適宜的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)的步驟還包括：

分別構(gòu)建灰度值與像素點(diǎn)個(gè)數(shù)、溫度值的關(guān)系，得到像素點(diǎn)個(gè)數(shù)與溫度值的關(guān)系；