[發(fā)明專(zhuān)利]一種農(nóng)作物表型信息多源遙感監(jiān)測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011001086.1
• 申請(qǐng)日: 2020-09-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112147078B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張建;王博韜;蔣釗;謝田晉;謝靜;楊萬(wàn)能
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N21/17
• 分類(lèi)號(hào): G01N21/17;G06T7/11;G06T5/40;G06T7/33;G06T3/40
• 代理公司: 北京兆君聯(lián)合知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11333
• 代理人: 劉俊玲

1.一種利用無(wú)人機(jī)進(jìn)行農(nóng)業(yè)低空多源遙感監(jiān)測(cè)農(nóng)作物表型信息的方法，包括：

1)通過(guò)遙感傳感器采集待監(jiān)測(cè)區(qū)域的低空遙感多源數(shù)據(jù)，所述的多源數(shù)據(jù)是可見(jiàn)光圖像、多光譜圖像和熱紅外圖像的組合；

所述的采集是操控?zé)o人機(jī)系統(tǒng)按照既定飛行路線(xiàn)飛行作業(yè)；所述的無(wú)人機(jī)系統(tǒng)包括一架小型多旋翼無(wú)人飛行器；所述的小型多旋翼無(wú)人飛行器包括主機(jī)身和設(shè)置在主機(jī)身下方的起落架；所述的主機(jī)身下方自帶可見(jiàn)光相機(jī)；所述的起落架上設(shè)有水平的集成板，所述的集成板上同時(shí)掛載有多光譜相機(jī)和熱紅外相機(jī)；所述的無(wú)人機(jī)系統(tǒng)在飛行作業(yè)中通過(guò)所述的可見(jiàn)光相機(jī)、多光譜相機(jī)和熱紅外相機(jī)同步采集可見(jiàn)光圖像、多光譜圖像和熱紅外圖像；

2)對(duì)1)所采集的多源數(shù)據(jù)按照以下方法進(jìn)行圖像處理；

①在選擇了空間參考的情況下，對(duì)1)得到的可見(jiàn)光圖像、多光譜圖像和熱紅外圖像進(jìn)行圖像拼接，得到任意田塊的正攝影像DOM和數(shù)字表面模型DSM；具體包括基于所述可見(jiàn)光圖像的DOM和DSM、基于所述多光譜圖像的DOM和DSM，和基于所述熱紅外圖像的DOM和DSM；

②對(duì)①所得基于所述可見(jiàn)光圖像的DOM和DSM、基于所述多光譜圖像的DOM和基于所述熱紅外圖像的DOM分別進(jìn)行多反射率輻射定標(biāo)，得到高精度的輻射定標(biāo)結(jié)果圖；所述的多反射率輻射定標(biāo)采用梯度輻射定標(biāo)方法，使用單個(gè)或多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)輻射定標(biāo)板，根據(jù)不同的傳感器類(lèi)型采用指數(shù)擬合或?qū)?shù)擬合的方式完成輻射定標(biāo)，包括：首先在①拼接后的多源圖像當(dāng)中根據(jù)圖像位置、定標(biāo)板位置和形狀，勾畫(huà)定標(biāo)板區(qū)域文件，該文件與待定標(biāo)影像一同作為輸入數(shù)據(jù)；輸入數(shù)據(jù)由定標(biāo)板區(qū)域文件讀取標(biāo)準(zhǔn)板反射率數(shù)據(jù)作為回歸的參考因變量值；根據(jù)定標(biāo)板區(qū)域文件裁剪待定標(biāo)影像，逐波段讀取該區(qū)域?qū)?yīng)像元亮度值均值，該數(shù)值作為當(dāng)前波段回歸參考自變量值輸入；判斷標(biāo)準(zhǔn)板數(shù)量，數(shù)量小于等于2時(shí)，則補(bǔ)充兩組反射率和亮度值數(shù)據(jù)作為回歸樣本，即視當(dāng)前波段亮度值最小像元處反射率為0.01，當(dāng)前波段亮度最大像元處反射率為0.99；將已知標(biāo)準(zhǔn)定標(biāo)板反射率、實(shí)地反射率或溫度作為參數(shù)輸入擬合定標(biāo)模型，自動(dòng)按照以下規(guī)則分別對(duì)可見(jiàn)光圖像、多光譜圖像或熱紅外圖像擬合指數(shù)模型或線(xiàn)性模型：

對(duì)于可見(jiàn)光圖像擬合對(duì)應(yīng)的指數(shù)模型，從反射率最小值開(kāi)始，但不把圖像最小值加入到模型擬合的過(guò)程中，然后依次向反射率增大的方向擬合；若輸入下一個(gè)反射率時(shí)，R²開(kāi)始小于0.97，則停止輸入，依據(jù)前一個(gè)來(lái)擬合模型；

對(duì)于多光譜圖像擬合對(duì)應(yīng)的線(xiàn)性模型，從反射率最小值開(kāi)始，把圖像最小值加入到模型擬合的過(guò)程中，然后依次向反射率增大的方向擬合；若輸入下一個(gè)反射率時(shí)，R²開(kāi)始小于0.97，則停止輸入，依據(jù)前一個(gè)來(lái)擬合模型；

對(duì)于熱紅外圖像擬合對(duì)應(yīng)的線(xiàn)性模型，從溫度最大值開(kāi)始，依次向反射率減小的擬合；若輸入下一個(gè)的溫度數(shù)值時(shí)，R²開(kāi)始小于0.95，則停止輸入，依據(jù)前一個(gè)來(lái)擬合模型；

具體計(jì)算方法如下：

ln ref_in＝A*DN+B (1)

ref_li＝A*DN+B (2)

其中DN為輸入待定標(biāo)圖像單個(gè)像元亮度值；(1)、(2)式分別為指數(shù)回歸方法和線(xiàn)性回歸方法，ref_in和ref_li分別是指數(shù)回歸定標(biāo)和線(xiàn)性回歸定標(biāo)的地物反射率數(shù)值；(3)、(4)式分別表示基于直線(xiàn)的最小二乘回歸方法兩個(gè)參數(shù)的計(jì)算方法；

然后利用所述的指數(shù)模型或線(xiàn)性模型對(duì)①拼接后的各種圖像進(jìn)行輻射定標(biāo)，包括：對(duì)可見(jiàn)光圖像每一個(gè)波段的DOM、多光譜圖像每一個(gè)波段的DOM都進(jìn)行一次輻射定標(biāo)，且完整地做完一個(gè)波段的輻射定標(biāo)后才能進(jìn)行下一個(gè)波段的定標(biāo)；對(duì)基于熱紅外圖像的DOM的輻射定標(biāo)前，先采用以下式(I)進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，然后再完成熱紅外圖像每一個(gè)波段的DOM的輻射定標(biāo)；

0.04×thermal-273.15 (I)；

③利用可見(jiàn)光圖像或者多光譜的可見(jiàn)光波段作為參考圖，對(duì)②得到的輻射定標(biāo)后的多光譜、熱紅外圖像進(jìn)行圖像空間配準(zhǔn)；所述的空間配準(zhǔn)方法，首先運(yùn)用粗配準(zhǔn)使待配準(zhǔn)圖像和基準(zhǔn)圖像大致對(duì)齊，然后利用窗口選擇減少搜索空間，并應(yīng)用直方圖規(guī)定化優(yōu)化圖像間的灰度相似度，然后再基于FAST算子重新提取特征點(diǎn)，并檢測(cè)多源圖像間的匹配點(diǎn)對(duì)，消除誤配準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)，最后采用雙線(xiàn)性?xún)?nèi)插進(jìn)行圖像配準(zhǔn)后的幾何變換，最終實(shí)現(xiàn)多源圖像間的高精度配準(zhǔn)；

3)根據(jù)2)處理后得到的圖像信息做數(shù)據(jù)提取各類(lèi)圖形譜表型信息并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，最終得到農(nóng)作物表型信息低空遙感監(jiān)測(cè)結(jié)果。