[發(fā)明專利]一種玉米葉片圖像氮含量自動建模方法及裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011346660.7
• 申請日: 2020-11-26
• 公開（公告）號: CN112348805A
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫磊;郝建軍;馬璐萍;索雪松;范曉飛;紀(jì)朋濤;張月辰
• 申請（專利權(quán)）人: 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/10;G06T7/90;G06K9/46;G01N21/84
• 代理公司: 北京科億知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11350
• 代理人: 李興林

本發(fā)明提供一種玉米葉片圖像氮含量自動建模方法及裝置，涉及互聯(lián)網(wǎng)玉米氮含量檢測實驗室建模技術(shù)領(lǐng)域。該玉米葉片圖像氮含量自動建模方法S1、玉米營養(yǎng)液培養(yǎng)；S2、樣本采集；S3、自動預(yù)處理；S4、自動，該玉米葉片圖像氮含量自動建模裝置：包括：暗室和上位機，暗室的正表面開設(shè)有出口，暗室內(nèi)壁的頂部固定安裝有CCD相機。該玉米葉片圖像氮含量自動建模方法及裝置，圖像直接檢測玉米氮含量目前應(yīng)用較少，建模方法存在制約，因為圖像中包含大量信息，顏色、形狀，全部與氮含量進(jìn)行建模，或直接與氮含量建模，工作量過大，而直接提取平均灰度值、三分量均值、三分量標(biāo)準(zhǔn)差和三分量變異系數(shù)作為建模輸入量，氮含量作為輸出量，簡化建模復(fù)雜度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及玉米氮含量檢測實驗室建模技術(shù)領(lǐng)域，特別的為一種玉米葉片圖像氮含量自動建模方法及裝置。

背景技術(shù)

氮素是作物生長發(fā)育過程中需求量最多的營養(yǎng)元素之一，是對作物各個生育時期的生長、發(fā)育影響最為顯著的營養(yǎng)元素之一，同時對作物長勢和產(chǎn)量有重要的作用。氮肥的適量施用對玉米的長勢具有促進(jìn)作用，過量的氮肥反而具有抑制的作用。將檢測到的某種量作為輸入量，氮含量作為輸出量，進(jìn)行數(shù)據(jù)訓(xùn)練建模，所得到的關(guān)系模型可應(yīng)用于氮含量檢測，輸入檢測到的量，即可得到當(dāng)前氮含量的值。如何準(zhǔn)確高效地建立某種檢測值與玉米氮含量之間的關(guān)系模型，關(guān)系到能否實時、準(zhǔn)確地獲取葉片氮素營養(yǎng)水平狀況，有利于掌握作物動態(tài)長勢，及時合理地進(jìn)行氮素診斷和施肥調(diào)控。

常用的診斷葉片氮含量的方法是凱氏定氮法，直接進(jìn)行化學(xué)檢測，但這種方法的特征性差，得到的測量結(jié)果只能代表樣品中所有含氮化合物的總量，在計算氮的含量時，認(rèn)為所有的氮都來源于蛋白質(zhì)，因此測定結(jié)果比實際值偏高，并且需要破壞葉片進(jìn)行實驗室檢測，實時性較差。

還有直接利用高光譜儀器，以光譜反射率作為輸入，氮含量作為輸出進(jìn)行建模，此方法儀器較為昂貴，且大量采集樣本具有難度。采用遙感的方式，是用作物長勢與氮含量建模，只能概略估算。近年來，作物表型圖像作為模型輸入量的建模方式受到關(guān)注，然而圖像中包含色彩、形狀等大量信息，以圖像作為輸入量直接與氮含量進(jìn)行建模，會有大量冗余數(shù)據(jù)，模型不易建立，因而需在圖像中提取某些信息作為輸入量，與輸出的氮含量進(jìn)行建模，然而此種方法，需要先對圖像進(jìn)行預(yù)處理，提取信息再建模，過程繁瑣，如果想通過增加圖像數(shù)量來提高建模精度，就會造成工作量過大。且該類圖像建模方法采集樣本多在同一環(huán)境中進(jìn)行，為考慮不同光照強度變化對圖像樣本的影響，因而在具體應(yīng)用時會存在一定誤差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供的發(fā)明目的在于提供一種玉米葉片圖像氮含量自動建模方法及裝置，該解決上述背景技術(shù)中的問題。

為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：一種玉米葉片圖像氮含量自動建模方法，包括以下步驟：

S1、在適宜的實驗室環(huán)境中，進(jìn)行玉米營養(yǎng)液培養(yǎng)，控制其他營養(yǎng)元素保持一致，氮素施以不同劑量，以求玉米葉片因氮含量不一樣而呈現(xiàn)不同表型特性，按此方法進(jìn)行大量種植，以求獲得大量樣本以增加建模準(zhǔn)確度，并對培養(yǎng)箱進(jìn)行編號以方便后期輸入輸出量對應(yīng)。

S2、樣本采集。

S3、自動預(yù)處理。

S4、自動建模。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述根據(jù)S2操作步驟中，樣本采集：分別在苗期，拔節(jié)期，大喇叭口期等不同玉米生長時期采集不同培養(yǎng)液種植的玉米葉片樣本，按編號順序置于載物臺上，用上位機控制相機進(jìn)行拍照，光源強度自動變化，模擬自然界光照強弱變化以方便所建模型應(yīng)用時，傍晚或正午等各種光照強度下均可得到較為準(zhǔn)確輸出結(jié)果，由弱到強10個檔位，每個檔位相機自動進(jìn)行拍照，得到圖像樣本存入上位機，玉米葉片樣本采用化學(xué)方法進(jìn)行氮含量檢測，所得結(jié)果按照序號順序?qū)肷衔粰C電腦，以方便與圖像樣本對應(yīng)。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述根據(jù)S3步驟中，還包括以下步驟：