[發明專利]一種盆栽生菜的綜合長勢監測方法及裝置

有效

• 申請號: 201711309708.5
• 申請日: 2017-12-11
• 公開（公告）號: CN108376419B
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發明（設計）人: 張曉東;張雪威;毛罕平;高洪燕;左志宇;張紅濤;張怡雪;張放;孫宏偉
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06T7/62;G06T7/194;G06K9/46
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本發明提供了一種盆栽生菜的綜合長勢檢測方法及裝置，其中一種盆栽生菜的綜合長勢檢測裝置由偏振?高光譜成像系統和三維激光掃描系統組成，其中偏振?高光譜成像系統包括控制系統、雙坐標樣本臺、圖像采集系統、光源系統，可實現對生菜水肥脅迫的冠層/葉片尺度的偏振?高光譜多維反射成像特征的探測；其中三維激光掃描系統可實現對生菜生物量、莖粗、株高、葉面積等形貌特征的精確探測。本發明，通過對冠層和葉片不同尺度生菜生長特征的多信息融合，實現了對生菜綜合長勢信息的精確探測，為溫室環境和水肥的優化調控提供了科學依據。

技術領域

本發明屬于設施農業生物信息探測技術領域，涉及一種盆栽生菜的綜合長勢監測方法及裝置。

背景技術

目前我國溫室尤其是中小型農戶用的日光溫室和鋼架大棚環控裝備水平較差，水肥和環境調控主要依靠傳統經驗，或按照設定值進行調控，未考慮作物的生長信息及其動態變化過程,無法依據作物的真實需求進行動態調控。因此，迫切需要對作物的長勢、營養信息及其生長過程進行精確監測，判斷作物的生長狀態，實現基于作物生長需求的精確調控。

目前作物信息的無損檢測主要有高光譜遙感、視覺圖像和三維掃描探測技術等無損探測方法，因其快速性和時效性，且不會對作物產生傷害，逐漸成為營養無損檢測的熱點。基于反射光譜技術的無損診斷方法，通常采用點源采樣方式，反映的是采樣區域內的綜合反射特性，盡管通過多譜段組合特征能夠反演作物的營養信息，但無法體現整個葉片區域的光反射特性差異及葉面的顏色紋理及其分布等細微差異。視覺傳感器具有較高的分辨率和較大的視場范圍，通過圖像分割技術能夠去除背景等因素的影響，克服了光譜法測試范圍較小和對測試部位要求較嚴格的缺點，因此可獲得較多的作物信息，但傳統的視覺傳感器通常存在著光譜分辨率較低的問題，其獲取的通常是可見光范圍(400-700nm)的單幅彩色圖像，無法針對不同波段的圖像特征進行提取和分析。高光譜圖像技術能夠以3-10nm較高的光譜分辨率獲取檢測對象在400-1700nm的可見光和近紅外范圍內的由幾百幅不同波長構成的高光譜圖像立方體數據，可實現作物葉片的反射光譜和葉片在不同譜段的反射強度分布圖像信息的同步采集和分析，具有傳統光譜和圖像技術所不具有的優勢。作物營養和水分的豐缺會直接導致其生物量、葉面積、莖粗、植株高度、葉傾角等的差異，因而同樣可以作為有效特征進行營養和水分的反演；傳統的視覺圖像可以獲取植株的整體形態特征，但測量精度不高。

發明內容

針對現有技術中存在不足，本發明的目的在于提供一種盆栽生菜的綜合長勢監測方法及裝置，以實現對生菜水肥脅迫狀態的快速無損精確探測，為溫室環境和水肥的科學管理提供依據。

本發明是通過以下技術手段實現上述技術目的的。

一種盆栽生菜的綜合長勢監測方法，其特征在于，主要包括以下步驟：

步驟1、首先進行樣本培育：對生菜進行水分脅迫培養、氮素水分脅迫培養，

步驟2、整株生菜的形態數據的采集：

2.1采用手持式自定位三維激光掃描儀采集三維激光掃描成像數據：

①進行掃描前，首先在所要掃描的作物葉片和花盆上方粘貼直徑為6mm的黑色輪廓高反射目標點，兩目標點之間的最短距離控制在15mm；

②運行掃描儀，用三維激光掃描儀測量校準板糾正傳感器參數，通過手持掃描的方式，依次獲取所有作物樣本的三維數據；

2.2采用偏振-高光譜成像系統采集偏振-高光譜成像數據：

①將樣本置于偏振-高光譜成像系統的位移臺上，設置勻光光源系統的波長范圍為300-2200nm，設置光強范圍為6500lux，調整成像系統的幾何中心與位移臺水平和垂直軸線XZ軸幾何中心一致；