基于多光谱视觉技术的油菜水分胁迫诊断.pdf

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1、第27卷第3期1522011年3月农业工程学报TransactionsoftheCSAE、，01．27No．3Mat．2011基于多光谱视觉技术的油菜水分胁迫诊断张晓东，毛罕平※，左志宇，高鸿燕，孙俊(江苏大学现代农业装备与技术省部共建教育部重点实验室，镇江212013)摘要：针对油菜水分胁迫的的无损探测，研究了利用多光谱图像对油菜含水率进行定量分析的方法。采用中值滤波法对图像进行预处理；利用二维最大信息熵阈值分割法对多光谱图像进行背景分割；对油菜冠层多光谱图像的均值和比值特征进行了提取，发现560nln处的可见光图像，960、810rim处的近红外图像均值特征和9

2、60nm／810am图像的比值特征在整个发育期与油菜含水率的相关性均较高。考虑到多光谱变量问存在的多重共线性影响，利用逐步回归法建立了不同发育期油菜含水率的多光谱图像特征预测模型。结果表明，该方法能够实现对油菜水分胁迫的定量分析，其中，油菜苗期含水率预测模型的预测值与实测值的相关系数为0．83，均方根误差为4．52％，平均相对误差小于8％，可为科学精确地指导灌溉提供依据。关键词：图像处理，水分，回归分析，多光谱图像doi：10．3969／j．issn．1002—6819．2011．03．029中图分类号：$121，0657．3文献标志码：A文章编号：1002—681

3、9(2011)一03—0152—06张晓东，毛罕平，左志宇，等．基于多光谱视觉技术的油菜水分胁迫诊断[J]．农业工程学报，2011，27(3)：152—157．ZhangXiaodong，MaoHanping，ZuoZhiyu，eta1．NondestructivetestingmethodforrapewaterstressbasedOilmulti-spectralvision[J]．TransactionsoftheCSAE，2011，27(3)：152—157．(inChinesewithEnglishabstracO0引言油菜是中国最霞要的油料作物，同时也

4、是需水较多的作物，水分胁迫使油菜生长发育产生生理障碍，植株蛋白质合成受到抑制；水分胁迫对硼的吸收利用影响也很大，而油菜是对硼敏感的作物，缺硼常导致油菜“花而不实”，这都将使油菜产量降低，并影响菜籽的品质⋯。中国北方及丘陵地区的油菜种植区，普遍存在干旱缺水的情况，因此，快速诊断植株的缺水状况，科学精确地指导灌溉，合理有效地利用有限的水资源，保证油菜的优质高产，成为亟需解决的问题。目前作物需水状况诊断主要是通过测量植株叶片的气孔导度、叶水势、冠层温度、蒸腾速率、植株茎杆直径的变化等指标间接获得或采用干湿质量法测量。这些方法不仅费时费力，时效性差，还会对作物造成伤害。而基

5、于光谱技术的无损诊断方法，受大气窗口、背景等因素影响较大，且通常采用点源采样方式，无法体现整个叶片或冠层区域的光反射特性差异。视觉传感器具有较高的分辨率和较大的视场范围，通过图像分割技术能够有效去除背景等因素的影响，克服了光谱法测试范围收搞日期：2010．10．2l修订日期：2011-03—06基金项目：国家自然科学基金项目(61075036)；中国博士后科学基金(20100481097)；江苏省农业装备与智能化高技术研究重点实验室项目(BM2009703)；国家“863”高技术研究发展计划项目(2008从102204)；江苏大学高级专业人才基金项目(10JDG08

6、1)；江苏大学博士后基金项目作者简介：张晓东(1970一)，男，河南洛阳人，助研，博士，主要从事光谱和机器视觉技术在作物营养榆测应用的研究。镇江江苏大学现代农业装备与技术省部共建教育部重点实验室。212013。Email：zxd700227@126．tom※通信作者：毛罕平(196I一)，男，浙江奉化人，教授，博士，主要从事现代农业装备和设施农业环境控制技术的研究。镇江江苏大学现代农业装备与技术省部共建教育部重点实验室，212013。Email：maohp@ujs．edu．Off．较小和对测试部位要求较严格的缺点，因此可获得较多的作物信息，是一种发展很快的无损检测技

7、术，多国学者进行了一定研究[2以¨。传统的视觉传感器由于其采集的是一定波长范围内(通常是400"-'700rim范围)的合成光反射信息，导致无法对不同谱段的图像进行精确分析，而本研究采用的多光谱传感器能够同步采集400～l100am范围内的多光谱图像，对不同谱段作物水分的反射特性差异及其分布规律的变化情况进行分析，使得图像分析精度得到有效提高。1材料与方法1．1试验材料试验在江苏大学现代农业装备与技术省部共建教育部重点实验室进行，选取的油菜品种为陕西省杂交油菜研究中心研制的甘蓝型、半冬性杂交油菜“秦优7号”，生长周期为第一年的9月份至来年的5月份，栽种环境为盆栽