專(zhuān)利名稱：油菜氮素營(yíng)養(yǎng)多光譜圖像診斷方法及診斷系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種油菜氮素營(yíng)養(yǎng)多光譜圖像診斷方法及診斷系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
氮素營(yíng)養(yǎng)診斷是植物營(yíng)養(yǎng)診斷的核心。氮肥是全世界施用量最大的一類(lèi)化學(xué)肥料，同時(shí)也是推薦施肥中最難于準(zhǔn)確定量的一種肥料。究其原因，主要是由于缺乏能夠準(zhǔn)確、迅速、經(jīng)濟(jì)地判斷作物氮營(yíng)養(yǎng)狀況及確定氮肥需要量的測(cè)試方法。長(zhǎng)期以來(lái)，作物的氮營(yíng)養(yǎng)診斷和氮肥的推薦施肥都是以實(shí)驗(yàn)室常規(guī)測(cè)試為基礎(chǔ)，而傳統(tǒng)的測(cè)試手段在取樣、測(cè)定、數(shù)據(jù)分析等方面需要耗費(fèi)大量的人力、物力，時(shí)效性差，且通常為破壞性檢測(cè)，不利于推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服推薦施肥中氮素難于準(zhǔn)確定量的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供了一種油菜氮素營(yíng)養(yǎng)多光譜圖像診斷方法及診斷系統(tǒng)，能對(duì)油菜氮素營(yíng)養(yǎng)狀況進(jìn)行快速、準(zhǔn)確、非破壞性的診斷。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是1、一種油菜氮素營(yíng)養(yǎng)多光譜圖像診斷方法3CCD多光譜攝像系統(tǒng)采用具有近紅外、紅色和綠色三個(gè)通道的多光譜攝像系統(tǒng)，由計(jì)算機(jī)通過(guò)RS-232串行口進(jìn)行控制采集圖像信息，其采集的油菜冠層多光譜圖像信息和標(biāo)定板多光譜圖像信息通過(guò)數(shù)字圖像采集線送到圖像接收板，再經(jīng)由圖像接收板輸入計(jì)算機(jī)中，經(jīng)過(guò)Matlab圖像處理軟件，計(jì)算出油菜葉面反射率值，與正常反射率值進(jìn)行比較分析，來(lái)診斷油菜氮素營(yíng)養(yǎng)狀況。
2、一種油菜氮素營(yíng)養(yǎng)多光譜圖像診斷系統(tǒng)3CCD多光譜攝像系統(tǒng)的一端接油菜冠層多光譜圖像信息和標(biāo)定板多光譜圖像信息，3CCD多光譜攝像系統(tǒng)的另一端有兩個(gè)接口，一個(gè)通過(guò)RS-232接口接計(jì)算機(jī)串行口，另一個(gè)通過(guò)數(shù)字圖像采集線接圖像接收板；圖像接收板輸出端接計(jì)算機(jī)，圖像接收板安裝在計(jì)算機(jī)主板的擴(kuò)展槽上。
本發(fā)明與背景技術(shù)相比具有的有益效果是(1)功能強(qiáng)大，可實(shí)現(xiàn)對(duì)油菜氮素營(yíng)養(yǎng)狀況的快速、準(zhǔn)確、非破壞性的診斷；(2)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，整個(gè)測(cè)量裝置只由一個(gè)3CCD多光譜成像系統(tǒng)、一個(gè)圖像接收板、一臺(tái)計(jì)算機(jī)、車(chē)載蓄電池、逆變電源轉(zhuǎn)換器、一塊標(biāo)定板和一輛裝有機(jī)械臂的敞篷車(chē)組成；(3)使用方便，只要將測(cè)量裝置中的各組成部件按照要求連接起來(lái)，就可以進(jìn)行測(cè)量；(4)具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，傳統(tǒng)的測(cè)量手段在取樣、測(cè)定、數(shù)據(jù)分析等方面需要耗費(fèi)大量的人力、物力，且效性差，本發(fā)明因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作方便，可以快速、準(zhǔn)確的測(cè)量油菜葉面的多光譜圖像信息，分析得到油菜的氮元素營(yíng)養(yǎng)水平，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、無(wú)損檢測(cè)油菜氮素營(yíng)養(yǎng)水平。


圖1是油菜氮素營(yíng)養(yǎng)多光譜圖像診斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理框圖；圖2是油菜氮素營(yíng)養(yǎng)多光譜圖像診斷系統(tǒng)的流程圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明的3CCD多光譜攝像系統(tǒng)的一端接油菜冠層多光譜圖像信息和標(biāo)定板多光譜圖像信息，3CCD多光譜攝像系統(tǒng)的另一端有兩個(gè)接口，一個(gè)通過(guò)RS-232接口接計(jì)算機(jī)串行口，另一個(gè)通過(guò)數(shù)字圖像采集線接圖像接收板；圖像接收板輸出端接計(jì)算機(jī)，圖像接收板安裝在計(jì)算機(jī)主板的擴(kuò)展槽上。
在圖1中，3CCD多光譜攝像系統(tǒng)采用具有近紅外、紅色和綠色三個(gè)通道的多光譜攝像系統(tǒng)，由計(jì)算機(jī)通過(guò)RS-232串行口進(jìn)行控制采集圖像信息，其采集的油菜冠層多光譜圖像信息和標(biāo)定板多光譜圖像信息通過(guò)數(shù)字圖像采集線送到圖像接收板，在經(jīng)由圖像接收板輸入計(jì)算機(jī)中，經(jīng)過(guò)Matlab圖像處理軟件，計(jì)算出油菜葉面反射率值，與正常反射率值進(jìn)行比較分析，來(lái)診斷油菜氮素營(yíng)養(yǎng)狀況。
如圖2所示，3CCD多光譜攝像系統(tǒng)采集的油菜冠層多光譜圖像信息和標(biāo)定板多光譜圖像信息輸入到Matlab程序中進(jìn)行處理。第一步，計(jì)算標(biāo)定板在綠、紅、近紅外單色圖像中的平均灰度值；第二步，結(jié)合標(biāo)定板在綠、紅和近紅外波段相應(yīng)的反射率值，建立標(biāo)定板在三通道中的圖像灰度和反射率的經(jīng)驗(yàn)線性標(biāo)定模型；第三步，對(duì)圖像的土壤背景進(jìn)行預(yù)處理，將土壤和葉面圖像分離，同時(shí)計(jì)算出油菜葉面在綠、紅、近紅外三波段的反射率數(shù)據(jù)；第四步，將油菜葉面的反射率數(shù)據(jù)輸入到油菜葉面反射率與氮含量的回歸模型，預(yù)測(cè)油菜的氮含量；第五步，油菜氮含量的預(yù)測(cè)值與油菜正常氮含量相比較，判斷油菜的氮含量營(yíng)養(yǎng)元素水平。
本系統(tǒng)由3CCD多光譜成像系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)、圖像接收板、標(biāo)定板、敞篷車(chē)、機(jī)械臂及電源組成。在一輛敞篷車(chē)上安裝了可將3CCD多光譜攝像系統(tǒng)伸展到俯視田間作物位置的機(jī)械臂，其最長(zhǎng)伸展長(zhǎng)度距離為3.5米，最大離地高度為3.5米。車(chē)上裝備有車(chē)載蓄電池和逆變電源轉(zhuǎn)換器，可以為3CCD多光譜攝像系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)提供220V交流電。實(shí)時(shí)的多光譜油菜氮含量測(cè)量裝置主要由一個(gè)具有近紅外、紅色和綠色三個(gè)通道的多光譜攝像系統(tǒng)、圖像接收板、計(jì)算機(jī)和標(biāo)定板組成。多光譜攝像系統(tǒng)將攝入光源經(jīng)過(guò)濾，實(shí)時(shí)分離成綠(550nm)，紅(650nm)，近紅外(800nm)三個(gè)波段通道的單色圖像，通過(guò)圖像接收板連接到計(jì)算機(jī)。多光譜油菜氮含量測(cè)量裝置采集的圖像，由計(jì)算機(jī)中的Matlab軟件進(jìn)行圖像處理，包括背景噪聲的消除和作物葉片的光照反射分析。由于不同光照條件下葉面反射率也隨之不同。因此設(shè)計(jì)了反射率標(biāo)定板，在將葉面圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為葉面反射率數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)定。經(jīng)過(guò)計(jì)算的反射率將會(huì)與正常氮含量水平的油菜葉片反射率相比較，經(jīng)過(guò)分析，判斷油菜的氮含量營(yíng)養(yǎng)元素水平，并施氮肥提供決策支持。
所說(shuō)的圖像接收板包括任何品牌、型號(hào)的圖像接收板。所說(shuō)的機(jī)械臂由金屬制作而成，可以根據(jù)要求調(diào)節(jié)其距離地面的高度和距離敞篷車(chē)的伸展長(zhǎng)度。所說(shuō)的電源包括任何品牌、型號(hào)的蓄電池和逆變電源轉(zhuǎn)換器。所說(shuō)的標(biāo)定板由兩塊或兩塊以上具有不同反射率的板組成。
3CCD多光譜成像系統(tǒng)為美國(guó)redlake公司的MS3100 Duncan Camera；圖象接收板為美國(guó)National Instrument公司的PCI-1424或PCI-1428圖象接收板。
權(quán)利要求
1.一種油菜氮素營(yíng)養(yǎng)多光譜圖像診斷方法，其特征在于3CCD多光譜攝像系統(tǒng)采用具有近紅外、紅色和綠色三個(gè)通道的多光譜攝像系統(tǒng)，由計(jì)算機(jī)通過(guò)RS-232串行口進(jìn)行控制采集圖像信息，其采集的油菜冠層多光譜圖像信息和標(biāo)定板多光譜圖像信息通過(guò)數(shù)字圖像采集線送到圖像接收板，再經(jīng)由圖像接收板輸入計(jì)算機(jī)中，經(jīng)過(guò)Matlab圖像處理軟件，計(jì)算出油菜葉面反射率值，與正常反射率值進(jìn)行比較分析，來(lái)診斷油菜氮素營(yíng)養(yǎng)狀況。
2.一種油菜氮素營(yíng)養(yǎng)多光譜圖像診斷系統(tǒng)，其特征在于3CCD多光譜攝像系統(tǒng)的一端接油菜冠層多光譜圖像信息和標(biāo)定板多光譜圖像信息，3CCD多光譜攝像系統(tǒng)的另一端有兩個(gè)接口，一個(gè)通過(guò)RS-232接口接計(jì)算機(jī)串行口，另一個(gè)通過(guò)數(shù)字圖像采集線接圖像接收板；圖像接收板輸出端接計(jì)算機(jī)，圖像接收板安裝在計(jì)算機(jī)主板的擴(kuò)展槽上。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了油菜氮素營(yíng)養(yǎng)多光譜圖像診斷方法及診斷系統(tǒng)。3CCD多光譜攝像系統(tǒng)的一端接油菜冠層多光譜圖像信息和標(biāo)定板多光譜圖像信息，多光譜攝像系統(tǒng)的另一端有兩個(gè)接口，一個(gè)通過(guò)RS－232接口接計(jì)算機(jī)串行口，另一個(gè)通過(guò)數(shù)字圖像采集線接圖像接收板；圖像接收板輸出端接計(jì)算機(jī)。多光譜攝像系統(tǒng)通過(guò)機(jī)械臂安裝在敞篷車(chē)上，運(yùn)行到田間，利用機(jī)械臂將裝置其上的多光譜攝像系統(tǒng)伸展至所需拍攝的油菜之上。由多光譜攝像系統(tǒng)采集油菜冠層多光譜圖像信息。在計(jì)算機(jī)的控制下，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、顯示和處理功能。本發(fā)明主要用于快速、準(zhǔn)確、非破壞性的診斷田間油菜氮素營(yíng)養(yǎng)狀況，對(duì)提高精確施肥的決策水平、實(shí)現(xiàn)精細(xì)農(nóng)業(yè)起到積極的作用。
文檔編號(hào)G01N21/27GK1793857SQ200510062298
公開(kāi)日2006年6月28日 申請(qǐng)日期2005年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月28日
發(fā)明者何勇, 黃敏, 馮雷, 朱哲燕, 岑海燕 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)