本發(fā)明涉及一種檢測(cè)方法，尤其是一種基于圖像的甘蔗莖伸長(zhǎng)期及玉米拔節(jié)期自動(dòng)檢測(cè)方法，屬于圖像檢測(cè)的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

甘蔗是我國(guó)最重要的糖料作物和能源作物之一，我國(guó)是世界第三大糖生產(chǎn)國(guó)。而玉米是我國(guó)重要的糧食作物和工業(yè)原料之一，目前我國(guó)的玉米種植面積和總產(chǎn)量?jī)H次于美國(guó)，居世界第二位。甘蔗和玉米的生產(chǎn)對(duì)我國(guó)的農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展、農(nóng)民增收等方面起著非常重要的作用。為了提高甘蔗以及玉米的產(chǎn)量和質(zhì)量，需要對(duì)它們的發(fā)育速度和進(jìn)程進(jìn)行了解，并在此基礎(chǔ)上分析它們的各發(fā)育期與氣象條件之間的聯(lián)系，從而判定適合其生長(zhǎng)的農(nóng)業(yè)氣象條件。

一直以來，對(duì)于甘蔗及玉米各發(fā)育期的觀測(cè)主要是通過人工觀測(cè)的方式，往往人工觀測(cè)不但耗人耗力，不夠經(jīng)濟(jì)；觀測(cè)結(jié)果的主觀臆斷性較大，沒有辦法保證精確度；而且只能記錄觀測(cè)數(shù)值，無法再現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的圖像。甘蔗莖伸長(zhǎng)期以及玉米拔節(jié)期均是這兩種作物植株迅速生長(zhǎng)，葉片寬度增加的主要時(shí)期，是決定產(chǎn)量的關(guān)鍵時(shí)期，是農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)的重要內(nèi)容，有效而準(zhǔn)確的識(shí)別這一時(shí)期并應(yīng)用于作物生長(zhǎng)模型，可以提高作物產(chǎn)量預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。

基于圖像的甘蔗莖伸長(zhǎng)期以及玉米拔節(jié)期自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)目前尚未見公開報(bào)道。現(xiàn)有的文獻(xiàn)都是圍繞遙感圖像開展甘蔗及玉米長(zhǎng)勢(shì)及估產(chǎn)的研究。如2010年郭琳、裴志遠(yuǎn)、張松齡等在《農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)》上發(fā)表的“基于環(huán)境星ccd影像的甘蔗葉面積指數(shù)反演方法”中利用新型國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)環(huán)境星ccd影像和準(zhǔn)同步的地面觀測(cè)數(shù)據(jù)，分別采用指數(shù)關(guān)系模型、對(duì)數(shù)關(guān)系模型、支持向量回歸模型3種方法，開展了環(huán)境星遙感影像在甘蔗葉面積指數(shù)反演試驗(yàn)。結(jié)果表明，3種方法都可以對(duì)甘蔗lai進(jìn)行有效預(yù)測(cè)，且能獲得較好的預(yù)測(cè)效果，驗(yàn)證了環(huán)境星ccd影像在甘蔗lai反演中的實(shí)用性；2013年何亞娟、潘學(xué)標(biāo)、裴志遠(yuǎn)等在《農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)》上發(fā)表的“基于spot遙感數(shù)據(jù)的甘蔗葉面積指數(shù)反演和產(chǎn)量估算”中利用spot遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行甘蔗葉面積指數(shù)lai反演，建立最佳ndvi～lai反演模型，同時(shí)結(jié)合不同生育期甘蔗葉面積指數(shù)的時(shí)序變化規(guī)律，建立各生育期甘蔗葉面積指數(shù)lai與產(chǎn)量的相關(guān)關(guān)系，得到甘蔗葉面積指數(shù)lai～產(chǎn)量最佳估產(chǎn)模型；2016年王立輝、杜軍、黃進(jìn)良等再《華中師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)》發(fā)表的“基于gf-1號(hào)衛(wèi)星wfv數(shù)據(jù)反演玉米葉面積指數(shù)”中構(gòu)建了修正的土壤調(diào)節(jié)植被指數(shù)(msavi)與實(shí)測(cè)葉面積指數(shù)(lai)的統(tǒng)計(jì)回歸模型，結(jié)果表明該模型可以快速準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)河南商丘玉米的lai。

但由于遙感圖像分辨率低，且容易受到云層、云陰影和氣溶膠等影響，每天在固定區(qū)域也僅有單張圖像可以使用，有較大的局限性?？梢?，基于遙感圖像的檢測(cè)方式不是甘蔗莖伸長(zhǎng)期及玉米拔節(jié)期自動(dòng)檢測(cè)的一種較好選擇，目前還需一種準(zhǔn)確率高、實(shí)用性強(qiáng)和操作方便的方式來代替甘蔗莖伸長(zhǎng)期及玉米拔節(jié)期人工觀測(cè)方式，以獲取甘蔗莖伸長(zhǎng)期及玉米拔節(jié)期的準(zhǔn)確時(shí)間，便于及時(shí)指導(dǎo)農(nóng)事活動(dòng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種基于圖像的甘蔗莖伸長(zhǎng)期及玉米拔節(jié)期自動(dòng)檢測(cè)方法，其減少了人工觀測(cè)成本，降低了觀測(cè)難度，從圖像特征上實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測(cè)甘蔗是否進(jìn)入莖伸長(zhǎng)期及玉米是否進(jìn)入拔節(jié)期，檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確率高，實(shí)用性強(qiáng)。

按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，一種基于圖像的甘蔗莖伸長(zhǎng)期及玉米拔節(jié)期自動(dòng)檢測(cè)方法，所述檢測(cè)方法包括如下步驟：

步驟1、獲取甘蔗的完整生育期作物圖像以及玉米的完整生育期作物圖像，并對(duì)所獲取的甘蔗完整生育期作物圖像、玉米完整生育期作物圖像進(jìn)行預(yù)處理；

步驟2、對(duì)上述預(yù)處理后的甘蔗完整生育期作物圖像、玉米完整生育期作物圖像，利用圖像rgb分量構(gòu)建圖像歸一化指數(shù)，以分別得到甘蔗圖像歸一化指數(shù)以及玉米圖像歸一化指數(shù)；

步驟3、利用上述得到的甘蔗圖像歸一化指數(shù)、玉米圖像歸一化指數(shù)，分別構(gòu)建甘蔗完整生育期歸一化指數(shù)時(shí)間序列曲線以及玉米完整生育期歸一化指數(shù)時(shí)間序列曲線；

步驟4、對(duì)上述甘蔗生育期歸一化指數(shù)時(shí)間序列曲線、玉米完整生育期歸一化指數(shù)時(shí)間序列曲線，分別計(jì)算得到甘蔗生育期歸一化指數(shù)時(shí)間序列曲線的一階導(dǎo)數(shù)以及玉米完整生育期歸一化指數(shù)時(shí)間序列曲線的一階導(dǎo)數(shù)；

步驟5、對(duì)上述甘蔗生育期歸一化指數(shù)時(shí)間序列曲線的一階導(dǎo)數(shù)、玉米完整生育期歸一化指數(shù)時(shí)間序列曲線的一階導(dǎo)數(shù)，分別確定一階導(dǎo)數(shù)最大值對(duì)應(yīng)的時(shí)間，以確定甘蔗莖伸長(zhǎng)期的日期以及玉米拔節(jié)期的日期。

在步驟3中，得到甘蔗完整生育期歸一化指數(shù)時(shí)間序列曲線、玉米完整生育期歸一化指數(shù)時(shí)間序列曲線后，對(duì)甘蔗完整生育期歸一化指數(shù)時(shí)間序列曲線、玉米完整生育期歸一化指數(shù)時(shí)間序列曲線分別進(jìn)行平滑處理，在進(jìn)行平滑處理時(shí)，滑動(dòng)窗口的大小為3～5。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：獲取甘蔗完整生育期作物圖像以及玉米完整生育期作物圖像，并根據(jù)所獲取的作物圖像計(jì)算出圖像歸一化指數(shù)時(shí)間序列曲線，根據(jù)圖像歸一化時(shí)間序列曲線計(jì)算其一階導(dǎo)數(shù)值，從而能利用歸一化指數(shù)時(shí)間序列曲線一階導(dǎo)數(shù)的變化規(guī)律確定甘蔗作物進(jìn)入莖伸長(zhǎng)期及玉米進(jìn)入拔節(jié)期的時(shí)間，減少了觀測(cè)成本，降低了觀測(cè)難度，從圖像特征上自動(dòng)檢測(cè)甘蔗是否進(jìn)入莖伸長(zhǎng)期以及玉米是否進(jìn)入拔節(jié)期，檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確率高，實(shí)用性強(qiáng)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1所示：為了能減少了人工觀測(cè)成本，降低了觀測(cè)難度，從圖像特征上實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測(cè)甘蔗是否進(jìn)入莖伸長(zhǎng)期及玉米是否進(jìn)入拔節(jié)期，檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確率高，本發(fā)明的檢測(cè)方法包括如下步驟：

步驟1、獲取甘蔗的完整生育期作物圖像以及玉米的完整生育期作物圖像，并對(duì)所獲取的甘蔗完整生育期作物圖像、玉米完整生育期作物圖像進(jìn)行預(yù)處理；

具體地，可以利用安裝于田間的攝像機(jī)或照相機(jī)來獲取甘蔗的完整生育期作物圖像以及玉米的完整生育期作物圖像。在甘蔗的完整生育期作物圖像以及玉米的完整生育期作物圖像后，并進(jìn)行預(yù)處理時(shí)，主要檢查所述獲取的甘蔗完整生育期作物圖像以及玉米完整生育期作物圖像是否完整或是否污染，并刪除不完整和受污染的圖像，以確保所獲取的甘蔗完整生育期作物圖像、玉米完整生育期作物圖像能滿足后續(xù)處理的需要。

具體實(shí)施時(shí)，還可以利用農(nóng)業(yè)氣象自動(dòng)觀測(cè)站獲取甘蔗的完整生育期作物圖像以及玉米的完整生育期作物圖像；可以利用matlab軟件中的detectimageincomplete函數(shù)和detectimagepollute函數(shù)依次進(jìn)行圖像完整性和圖像是否受到污染進(jìn)行檢查，當(dāng)然還可以采用其他本技術(shù)領(lǐng)域常用的技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的完整性以及是否受到污染進(jìn)行檢查，具體過程為本技術(shù)領(lǐng)域人員所熟知，此處不再贅述。

步驟2、對(duì)上述預(yù)處理后的甘蔗完整生育期作物圖像、玉米完整生育期作物圖像，利用圖像rgb分量構(gòu)建圖像歸一化指數(shù)，以分別得到甘蔗圖像歸一化指數(shù)以及玉米圖像歸一化指數(shù)；

本發(fā)明實(shí)施例中，圖像歸一化指數(shù)(ndi)計(jì)算公式為：ndi＝(g-r)/(g+r)，其中，g、r分別為圖像的rgb分量，具體獲取圖像rgb分量的過程為本技術(shù)領(lǐng)域人員所熟知，此處不再贅述。由于預(yù)處理后的甘蔗完整生育期作物圖像包含多個(gè)不同時(shí)間的甘蔗圖像，在計(jì)算甘蔗圖像歸一化指數(shù)時(shí)，需要對(duì)每個(gè)甘蔗圖像均計(jì)算得到甘蔗圖像歸一化指數(shù)；同理，對(duì)玉米完整生育期內(nèi)每個(gè)玉米圖像也需要計(jì)算對(duì)應(yīng)的玉米圖像歸一化指數(shù)。具體實(shí)施時(shí)，可以利用matlab軟件中的calculatendiindex函數(shù)計(jì)算預(yù)處理后的甘蔗圖像歸一化指數(shù)以及玉米圖像歸一化指數(shù)，具體計(jì)算過程為本技術(shù)領(lǐng)域人員所熟知，此處不再贅述。

步驟3、利用上述得到的甘蔗圖像歸一化指數(shù)、玉米圖像歸一化指數(shù)，分別構(gòu)建甘蔗完整生育期歸一化指數(shù)時(shí)間序列曲線以及玉米完整生育期歸一化指數(shù)時(shí)間序列曲線；

本發(fā)明實(shí)施例中，在獲取甘蔗的完整生育期作物圖像、玉米的完整生育期作物圖像時(shí)，即需要從甘蔗、玉米種植開始第一天直至最后的收獲日期，一般地，至少需要每天獲取一張對(duì)應(yīng)的作物圖像，即得到甘蔗的完整生育期作物圖像以及玉米的完整生育期作物圖像，且得到的每個(gè)作物圖像均有具體的對(duì)應(yīng)日期。

在得到甘蔗完整生育期內(nèi)每個(gè)圖像的甘蔗圖像歸一化指數(shù)以及確定每個(gè)圖像對(duì)應(yīng)的日期后，需要將所有圖像的甘蔗圖像歸一化指數(shù)繪制在時(shí)間序列曲線，即得到甘蔗生育期歸一化指數(shù)時(shí)間序列曲線，在得到的甘蔗生育期歸一化指數(shù)時(shí)間序列曲線中，縱坐標(biāo)為甘蔗圖像歸一化指數(shù)，橫坐標(biāo)為甘蔗生育期的對(duì)應(yīng)的天數(shù)；由于能確定甘蔗種植的時(shí)間，可以根據(jù)橫坐標(biāo)的天數(shù)，確定甘蔗生育期的每個(gè)具體日期。

具體實(shí)施時(shí)，對(duì)于玉米完整生育期歸一化指數(shù)時(shí)間序列曲線，可以參考上述甘蔗完整生育期歸一化指數(shù)時(shí)間序列曲線方法得到，此處不再詳述。

本發(fā)明實(shí)施中，利用matlab軟件中的plot函數(shù)能甘蔗完整生育期歸一化指數(shù)時(shí)間序列曲線以及玉米完整生育期歸一化指數(shù)時(shí)間序列曲線；當(dāng)然，也可以采用本技術(shù)領(lǐng)域其他常用的技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)歸一化指數(shù)時(shí)間序列曲線的繪制，具體過程為本技術(shù)領(lǐng)域人員所熟知，此處不再一一贅述。具體實(shí)施時(shí)，需要對(duì)對(duì)甘蔗完整生育期歸一化指數(shù)時(shí)間序列曲線、玉米完整生育期歸一化指數(shù)時(shí)間序列曲線分別進(jìn)行平滑處理，在進(jìn)行平滑處理時(shí)，滑動(dòng)窗口的大小為3～5，具體平滑過程為本技術(shù)領(lǐng)域人員所熟知，此處不再贅述。

步驟4、對(duì)上述甘蔗生育期歸一化指數(shù)時(shí)間序列曲線、玉米完整生育期歸一化指數(shù)時(shí)間序列曲線，分別計(jì)算得到甘蔗生育期歸一化指數(shù)時(shí)間序列曲線的一階導(dǎo)數(shù)以及玉米完整生育期歸一化指數(shù)時(shí)間序列曲線的一階導(dǎo)數(shù)；

本發(fā)明實(shí)施例中，可以利用本技術(shù)領(lǐng)域常用的技術(shù)手段計(jì)算平滑處理后甘蔗完整生育期歸一化指數(shù)時(shí)間序列曲線的一階導(dǎo)數(shù)以及玉米完整生育期歸一化指數(shù)時(shí)間序列曲線的一階導(dǎo)數(shù)，如可以采用matlab軟件中的calculatendifirstderivative函數(shù)即可實(shí)現(xiàn)一階導(dǎo)數(shù)的計(jì)算，具體計(jì)算一階導(dǎo)數(shù)的過程為本技術(shù)領(lǐng)域人員所熟知，此處不再贅述。

步驟5、對(duì)上述甘蔗生育期歸一化指數(shù)時(shí)間序列曲線的一階導(dǎo)數(shù)、玉米完整生育期歸一化指數(shù)時(shí)間序列曲線的一階導(dǎo)數(shù)，分別確定一階導(dǎo)數(shù)最大值對(duì)應(yīng)的時(shí)間，以確定甘蔗莖伸長(zhǎng)期的日期以及玉米拔節(jié)期的日期。

具體實(shí)施時(shí)，甘蔗進(jìn)入莖伸長(zhǎng)期和玉米進(jìn)入拔節(jié)期時(shí)，甘蔗莖和玉米莖會(huì)快速生長(zhǎng)，葉片也迅速變寬，甘蔗生育期歸一化指數(shù)時(shí)間序列曲線、玉米完整生育期歸一化指數(shù)時(shí)間序列曲線表現(xiàn)為ndi指數(shù)(可以叫做作物長(zhǎng)勢(shì)指數(shù))迅速增加。由于任意一條曲線的的一階導(dǎo)數(shù)都表示該曲線的變化率，因此確定甘蔗生育期歸一化指數(shù)時(shí)間序列曲線一階導(dǎo)數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)最大值、玉米完整生育期歸一化指數(shù)時(shí)間序列曲線一階導(dǎo)數(shù)的最大值，即能確定甘蔗或者玉米長(zhǎng)勢(shì)最快的時(shí)期，在根據(jù)甘蔗完整生育期歸一化指數(shù)時(shí)間序列曲線以及玉米完整生育期歸一化指數(shù)時(shí)間序列曲線上的時(shí)間信息，從而確定甘蔗進(jìn)入莖伸長(zhǎng)期的日期和玉米進(jìn)入拔節(jié)期的日期。

本發(fā)明獲取甘蔗完整生育期作物圖像以及玉米完整生育期作物圖像，并根據(jù)所獲取的作物圖像計(jì)算出圖像歸一化指數(shù)時(shí)間序列曲線，根據(jù)圖像歸一化時(shí)間序列曲線計(jì)算其一階導(dǎo)數(shù)值，從而能利用歸一化指數(shù)時(shí)間序列曲線一階導(dǎo)數(shù)的變化規(guī)律確定甘蔗進(jìn)入莖伸長(zhǎng)期及玉米進(jìn)入拔節(jié)期的時(shí)間，減少了觀測(cè)成本，降低了觀測(cè)難度，從圖像特征上自動(dòng)檢測(cè)甘蔗是否進(jìn)入莖伸長(zhǎng)期以及玉米是否進(jìn)入拔節(jié)期，檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確率高，實(shí)用性強(qiáng)。