[發(fā)明專利]一種檸檬葉片葉綠素含量及其二維分布檢測方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111676643.4
• 申請日: 2021-12-31
• 公開（公告）號: CN114324215A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 韓國輝;李勛蘭;魏召新;彭芳芳;劉劍飛
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31;G06N20/10;G06T7/00;G06T7/136
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11562
• 代理人: 許佳

1.一種檸檬葉片葉綠素含量及其二維分布檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)樣本采集與處理；

(2)利用高光譜圖像采集系統(tǒng)對采集的樣品進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；

(3)化學(xué)法測定葉片葉綠素含量；

(4)葉片光譜提取；

(5)光譜預(yù)處理與樣本集劃分；

(6)提取光譜預(yù)處理后的光譜數(shù)據(jù)的特征信息，篩選特征波長；

(7)構(gòu)建葉綠素含量均值預(yù)測模型；

(8)預(yù)測檸檬葉片葉綠素含量二維分布值。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檸檬葉片葉綠素含量及其二維分布檢測方法，其特征在于，所述步驟(1)包括：收集春稍新發(fā)嫩葉作為樣本，其中健康葉片、缺氮葉片、農(nóng)藥使用不當(dāng)而受損傷葉片、無營養(yǎng)缺乏癥狀的檸檬黃脈病葉片、同時具有缺氮和檸檬黃脈病的葉片、同時具有藥害損傷和檸檬黃脈病的葉片共計6個類型葉片，分別采集20片以上，采集過程中低溫保存，48h內(nèi)清洗晾干。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檸檬葉片葉綠素含量及其二維分布檢測方法，其特征在于，所述步驟(2)條件：光譜范圍305-1090nm，相機曝光時間60ms、光譜分辨率2.8mm，電動平臺移動速度1.87mm/s，物鏡距離45cm，光源入射角為45°。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檸檬葉片葉綠素含量及其二維分布檢測方法，其特征在于，所述步驟(3)采用分光光度法測定葉綠素含量。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檸檬葉片葉綠素含量及其二維分布檢測方法，其特征在于，所述步驟(4)包括：以0.25作為分割閾值，提取在800nm波長處的二值化圖像，進(jìn)行掩膜處理去除背景，從而得到去除背景后的全葉片高光譜圖像，對全葉片光譜計算均值，得到用于后續(xù)分析的葉片的光譜。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檸檬葉片葉綠素含量及其二維分布檢測方法，其特征在于，所述步驟(5)包括：采用Savitzky-Golay平滑法結(jié)合一階微分進(jìn)行光譜預(yù)處理，其中平滑處理濾波窗口為5；采用SPXY法按照3:2的比例將樣本集劃分為訓(xùn)練集與預(yù)測集。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檸檬葉片葉綠素含量及其二維分布檢測方法，其特征在于，所述步驟(6)包括：采用競爭性自適應(yīng)重加權(quán)采樣算法提取經(jīng)過光譜預(yù)處理后的光譜數(shù)據(jù)特征信息，其中采樣次數(shù)設(shè)置為50次，采用10折交叉驗證計算校正集交叉驗證均方根誤差，以校正集交叉驗證均方根誤差值作為波長篩選依據(jù)。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的檸檬葉片葉綠素含量及其二維分布檢測方法，其特征在于，通過競爭性自適應(yīng)重加權(quán)采樣算法篩選出451.97、513.76、557.05、563.27、660.67、661.46、663.05、691.64、704.38、732.34、733.14nm共11個特征波長。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的檸檬葉片葉綠素含量及其二維分布檢測方法，其特征在于，所述步驟(7)包括：采用最小二乘支持向量機算法構(gòu)建檸檬葉片葉綠素含量均值預(yù)測模型，提取11個特征波長對應(yīng)光譜信息作為模型輸入，步驟(3)測定的葉片葉綠素含量均值作為模型輸出，采用交叉驗證和網(wǎng)格搜索法確定的最優(yōu)參數(shù)訓(xùn)練模型；

所述步驟(8)包括：提取檸檬葉片每個像素點在11個特征波長處的光譜信息，作為輸入代入構(gòu)建的葉綠素含量均值預(yù)測模型，獲得每個像素點對應(yīng)葉綠素含量預(yù)測值，并結(jié)合偽彩色處理技術(shù)繪制檸檬葉片葉綠素含量分布圖，實現(xiàn)檸檬葉片葉綠素含量二維分布值的預(yù)測。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的檸檬葉片葉綠素含量及其二維分布檢測方法，其特征在于，所述步驟(7)中，采用預(yù)測集決定系數(shù)R²、預(yù)測集均方根誤差RMSEP和相對分析誤差RPD對模型進(jìn)行評價，當(dāng)R²越接近1，模型穩(wěn)定性越高；RMSEP越接近0，模型精度越高；當(dāng)RPD2.0說明模型可靠性高，具有極好的預(yù)測能力。