葉綠素含量測(cè)量方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及遙感數(shù)據(jù)處理和農(nóng)學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種葉綠素含量測(cè)量方法及
目.ο
【背景技術(shù)】
[0002]葉綠素在植物進(jìn)行光合作用的過程中起著重要的作用，植物葉片的葉綠素含量SPAD值是植物營(yíng)養(yǎng)脅迫、光合作用能力和生長(zhǎng)發(fā)育狀況的重要指示因子，其值的多少不僅反映植物的生長(zhǎng)狀況，而且可以體現(xiàn)出植物與外界發(fā)生物質(zhì)交換的能力。葉綠素含量檢測(cè)技術(shù)的研究在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、林業(yè)研究等方面有著至關(guān)重要的意義。
[0003]目前測(cè)定植物葉片葉綠素含量的標(biāo)準(zhǔn)方法是分光光度計(jì)法，即將植物葉片取回實(shí)驗(yàn)室，將葉片稱重剪碎，用丙酮提取葉片葉綠素，然后用分光光度計(jì)測(cè)定提取液在645nm和663nm的光密度，然后按公式換算成葉綠素含量。這種方法具有耗時(shí)長(zhǎng)、環(huán)節(jié)多、操作復(fù)雜、對(duì)葉片有破壞性、不便于野外現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量、不便于連續(xù)測(cè)量等諸多缺點(diǎn)，而且實(shí)驗(yàn)條件等易受到諸多因素的影響。
[0004]現(xiàn)有研究表明，植物冠層和葉片的反射光譜曲線在可見光區(qū)主要受植物色素(葉綠素和類胡蘿卜素)的影響，而在近紅外范圍主要受葉子內(nèi)部細(xì)胞結(jié)構(gòu)、冠層結(jié)構(gòu)、生物量、蛋白質(zhì)和纖維素等影響。目前，現(xiàn)有技術(shù)已得出了 680nm-740nm范圍內(nèi)的紅邊波段對(duì)葉綠素最為敏感的結(jié)論，并且針對(duì)不同植被、不同影響因素已建立數(shù)十種葉綠素含量敏感的光譜指數(shù)。
[0005]因此，現(xiàn)存的亟待解決的技術(shù)問題是:如何運(yùn)用光學(xué)遙感技術(shù)提供一種非接觸式、經(jīng)濟(jì)有效且不受實(shí)驗(yàn)條件等因素影響的葉綠素含量測(cè)量方法，以實(shí)現(xiàn)葉綠素含量的準(zhǔn)確簡(jiǎn)便、快速及時(shí)地測(cè)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明一方面提出了一種葉綠素含量測(cè)量方法，包括以下步驟:
[0007]采集預(yù)設(shè)樣本的葉綠素含量，并根據(jù)所述預(yù)設(shè)樣本的高光譜反射率數(shù)據(jù)計(jì)算對(duì)應(yīng)的光譜植被指數(shù)；
[0008]根據(jù)所述預(yù)設(shè)樣本的葉綠素含量與對(duì)應(yīng)的光譜植被指數(shù)構(gòu)建待測(cè)植被的葉綠素含量與所述光譜植被指數(shù)的預(yù)測(cè)關(guān)系模型；
[0009]獲取待測(cè)植被的葉片和冠層的高光譜反射率數(shù)據(jù)；
[0010]根據(jù)所述高光譜反射率數(shù)據(jù)，利用光譜指數(shù)算法計(jì)算待測(cè)植被的光譜植被指數(shù)；
[0011]根據(jù)所述待測(cè)植被的光譜植被指數(shù)，采用預(yù)先建立的預(yù)測(cè)關(guān)系模型反演得到所述待測(cè)植被的葉綠素含量。
[0012]優(yōu)選地，所述光譜反射率數(shù)據(jù)為近紅外光譜反射率數(shù)據(jù)和紅光光譜反射率數(shù)據(jù)。
[0013]優(yōu)選地，所述利用光譜指數(shù)算法計(jì)算出待測(cè)植被的光譜植被指數(shù)具體包括:
[0014]利用差值比值算法，計(jì)算一個(gè)紅邊波段葉綠素指數(shù)SRCI，將所述SRCI作為待測(cè)植被的光譜植被指數(shù)；
[0015]所述SRCI的表達(dá)式為:
[0016]SRCI = (NIR-R) / (NIR+R)，
[0017]其中，NIR—為近紅外波段的反射值；R—為紅光波段的反射值。
[0018]優(yōu)選地，所述方法還包括:
[0019]根據(jù)實(shí)際測(cè)量的待測(cè)植被的葉綠素含量，對(duì)所述待測(cè)植被的葉綠素含量與所述光譜植被指數(shù)的預(yù)測(cè)關(guān)系模型進(jìn)行修正。
[0020]優(yōu)選地，所述方法還包括:
[0021]針對(duì)所述待測(cè)植被的不同生長(zhǎng)階段，分別建立葉綠素含量的反演模型。
[0022]優(yōu)選地，所述方法還包括:
[0023]當(dāng)超出所述光譜植被指數(shù)的預(yù)測(cè)關(guān)系模型的預(yù)設(shè)有效期限時(shí)，重新建立所述光譜植被指數(shù)的預(yù)測(cè)關(guān)系模型。
[0024]另一方面，本發(fā)明提供了一種葉綠素含量測(cè)量裝置，包括樣本光譜植被指數(shù)計(jì)算單元、預(yù)測(cè)關(guān)系模型建立單元、高光譜反射率獲取單元、光譜植被指數(shù)計(jì)算單元及葉綠素含量反演單元；
[0025]所述樣本光譜植被指數(shù)計(jì)算單元，用于采集預(yù)設(shè)樣本的葉綠素含量，并根據(jù)所述預(yù)設(shè)樣本的高光譜反射率數(shù)據(jù)計(jì)算對(duì)應(yīng)的光譜植被指數(shù)；
[0026]所述預(yù)測(cè)關(guān)系模型建立單元，用于根據(jù)所述預(yù)設(shè)樣本的葉綠素含量與對(duì)應(yīng)的光譜植被指數(shù)構(gòu)建待測(cè)植被的葉綠素含量與所述光譜植被指數(shù)的預(yù)測(cè)關(guān)系模型；
[0027]所述高光譜反射率獲取單元，用于獲取待測(cè)植被的葉片和冠層的高光譜反射率數(shù)據(jù)；
[0028]所述光譜植被指數(shù)計(jì)算單元，用于根據(jù)所述高光譜反射率數(shù)據(jù)，利用光譜指數(shù)算法計(jì)算待測(cè)植被的光譜植被指數(shù)；
[0029]所述葉綠素含量反演單元，根據(jù)所述待測(cè)植被的光譜植被指數(shù)，采用預(yù)先建立的預(yù)測(cè)關(guān)系模型反演得到所述待測(cè)植被的葉綠素含量。
[0030]優(yōu)選地，所述光譜植被指數(shù)計(jì)算單元具體用于利用差值比值算法，計(jì)算一個(gè)紅邊波段葉綠素指數(shù)SRCI，將所述SRCI作為待測(cè)植被的光譜植被指數(shù)；
[0031]所述SRCI的表達(dá)式為:
[0032]SRCI = (NIR-R)/(NIR+R)，
[0033]其中，NIR—為近紅外波段的反射值；R—為紅光波段的反射值。
[0034]優(yōu)選地，還包括預(yù)測(cè)關(guān)系模型修正單元，用于根據(jù)實(shí)際測(cè)量的待測(cè)植被的葉綠素含量，對(duì)所述待測(cè)植被的葉綠素含量與所述光譜植被指數(shù)的預(yù)測(cè)關(guān)系模型進(jìn)行修正。
[0035]優(yōu)選地，還包括預(yù)測(cè)關(guān)系模型有效期控制單元，當(dāng)超出所述光譜植被指數(shù)的預(yù)測(cè)關(guān)系模型的預(yù)設(shè)有效期限時(shí)，重新建立所述光譜植被指數(shù)的預(yù)測(cè)關(guān)系模型。
[0036]本發(fā)明提供的葉綠素含量測(cè)量方法及裝置，將光學(xué)遙感技術(shù)運(yùn)用到葉綠素含量測(cè)量領(lǐng)域，提供了一種非接觸式、經(jīng)濟(jì)有效且不受實(shí)驗(yàn)條件等因素影響的葉綠素含量測(cè)量方法，可實(shí)現(xiàn)葉綠素含量的準(zhǔn)確簡(jiǎn)便、快速及時(shí)地測(cè)量，對(duì)農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)、產(chǎn)量估算等領(lǐng)域具有十分重要的意義。
【附圖說明】
[0037]通過參考附圖會(huì)更加清楚的理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，附圖是示意性的而不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明進(jìn)行任何限制，在附圖中:
[0038]圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的葉綠素含量測(cè)量方法的流程圖；
[0039]圖2示出了本發(fā)明另一實(shí)施例提供的葉綠素含量測(cè)量方法的流程圖；
[0040]圖3示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的監(jiān)測(cè)植被的植被指數(shù)效果示意圖；
[0041]圖4示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的SCRI指數(shù)的葉綠素含量估算模型示意圖；
[0042]圖5示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的葉綠素含量測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0043]圖6示出了本發(fā)明另一實(shí)施例提供的葉綠素含量測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0044]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0045]本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，除非特意聲明，這里使用的單數(shù)形式“一”、“一個(gè)”、“所述”和“該”也可包括復(fù)數(shù)形式。應(yīng)該進(jìn)一步理解的是，本發(fā)明的說明書中使用的措辭“包括”是指存在所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或組件，但是并不排除存在或添加一個(gè)或多個(gè)其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。
[0046]本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)，具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應(yīng)該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語，應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的意義一致的意義，并且除非被特定定義，否則不會(huì)用理想化或過于正式的含義來解釋。
[0047]圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的葉綠素含量測(cè)量方法的流程圖。如圖1所示，本實(shí)施例提出的一種葉綠素含量測(cè)量方法，包括以下步驟:
[0048]S1:采集預(yù)設(shè)樣本的葉綠素含量，并根據(jù)所述預(yù)設(shè)樣本的高光譜反射率數(shù)據(jù)計(jì)算對(duì)應(yīng)的光譜植被指數(shù)；
[0049]S2:根據(jù)所述預(yù)設(shè)樣本的葉綠素含量與對(duì)應(yīng)的光譜植被指數(shù)構(gòu)建待測(cè)植被的葉綠素含量與所述光譜植被指數(shù)的預(yù)測(cè)關(guān)系模型；
[0050]S3:獲取待測(cè)植被的葉片和冠層的高光譜反射率數(shù)據(jù)；
[0051]S4:根據(jù)所述高光譜反射率數(shù)據(jù)，利用光譜指數(shù)算法計(jì)算待測(cè)植被的光譜植被指數(shù)；
[0052]S5:根據(jù)所述待測(cè)植被的光譜植被指數(shù)，采用預(yù)先建立的預(yù)測(cè)關(guān)系模型反演得到所述待測(cè)植被的葉綠素含量。
[0053]本實(shí)施例提供的葉綠素含量測(cè)量方法，可實(shí)現(xiàn)葉綠素含量的準(zhǔn)確簡(jiǎn)便、快速及時(shí)地測(cè)量，提供了一種非接觸式、經(jīng)濟(jì)有效且不受實(shí)驗(yàn)條件等因素影響的葉綠素含量測(cè)量方法，對(duì)農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)、產(chǎn)量估算等領(lǐng)域具有十分重要的意義。
[0054]在此實(shí)施例的基礎(chǔ)上，所述光譜反射率數(shù)據(jù)為近紅外光譜反射率數(shù)據(jù)和紅光光譜反射率數(shù)據(jù)。
[0055]所述利用光譜指數(shù)算法計(jì)算出待測(cè)植被的光譜植被指數(shù)具體包括:
[0056]利用差值比值算法，計(jì)算一個(gè)紅邊波段葉綠素指數(shù)SRCI，將所述SRCI作為待測(cè)植被的光譜植被指數(shù)；
[0057]所述SRCI的表達(dá)式為:
[0058]SRCI = (NIR-R)/(NIR+R)，
[0059]其中，NIR—為近紅外波段的反射值；R—為紅光波段的反射值。
[0060]圖2示出了本發(fā)明另一實(shí)施例提供的葉綠素含量測(cè)量方法的流程圖。如圖2所示，該測(cè)量方法還可包括以下步驟:
[0061]S6:根據(jù)實(shí)際測(cè)量的待測(cè)植被的葉綠素含量，對(duì)所述待測(cè)植被的葉綠素含量與所述光譜植被