基于數(shù)字圖像技術(shù)的棉花光合有效輻射吸收比例的測定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光合有效輻射吸收技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于數(shù)字圖像技術(shù)的棉花光合有效輻射吸收比例的測定方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光合有效福射吸收比例(fract1nof absorbed photo synthetical Iy activeradiat1n, fAPAR)是指植被冠層光合器官吸收的光合有效輻射占入射光合有效輻射的比例，是表征植被光合性能、指示植被健康狀況、評估植被生產(chǎn)力和作物產(chǎn)量的重要生理參數(shù)。因此，及時、有效地獲取fAPAR信息對指導(dǎo)作物生產(chǎn)具有重要意義。目前，國內(nèi)外學(xué)者通常使用L1-191SA，SunSCAN, AccuPAR和TRAC等商業(yè)儀器進(jìn)行植被冠層fAPAR的實地觀測，但是此類儀器較昂貴且時空代表性有限，難以普及和應(yīng)用。此外，前人在利用不同平臺遙感技術(shù)獲取植被fAPAR方面開展了大量的研究，證實了該方法的可行性和有效性，并且已經(jīng)生成了大尺度的fAPAR遙感產(chǎn)品，但是所建模型的精度、穩(wěn)定性和普適性均受到植被類型、背景、太陽與觀測幾何和冠層結(jié)構(gòu)等因素的影響，需要結(jié)合地面觀測數(shù)據(jù)對模型進(jìn)行校驗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]有鑒于此，本發(fā)明實施例提供一種基于數(shù)字圖像技術(shù)的棉花光合有效輻射吸收比例的測定方法，主要目的是提供一種方便、快捷、無損獲取棉花光合有效輻射吸收比例的方法，為指導(dǎo)棉花生產(chǎn)提供及時有效的信息。
[0004]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明主要提供如下技術(shù)方案:
[0005]—方面，本發(fā)明實施例提供了一種基于數(shù)字圖像技術(shù)的棉花光合有效輻射吸收比例的測定方法，包括如下步驟:
[0006]通過棉花冠層覆蓋度及同期的光合有效輻射吸收比例的歷史數(shù)據(jù)建立利用棉花冠層覆蓋度估測光合有效輻射吸收比例的回歸模型；
[0007]獲取觀測區(qū)域棉花冠層覆蓋度，將觀測區(qū)域棉花冠層覆蓋度代入所述模型，從而得到相應(yīng)的光合有效輻射吸收比例；
[0008]所述棉花冠層覆蓋度通過分析棉花冠層圖像得到。
[0009]作為優(yōu)選，所述棉花冠層圖像的拍攝條件為:風(fēng)速未致使棉花冠層器官發(fā)生明顯波動；所述棉花冠層圖像通過垂直拍攝棉花冠層獲??；拍攝高度為1.5m ;棉花冠層圖像采用JEPG格式存儲。
[0010]作為優(yōu)選，獲取棉花冠層覆蓋度的具體步驟如下，應(yīng)用基于統(tǒng)計學(xué)的圖像分割方法對棉花冠層圖像中的像素進(jìn)行分類識別，用圖像中綠色像素數(shù)占整幅圖像總像素數(shù)的比例表示棉花冠層覆蓋度。
[0011]作為優(yōu)選，歷史數(shù)據(jù)中的光合有效輻射吸收比例fAPAR通過如下步驟獲得:
[0012]分別測量冠層上入射光合有效輻射PARin、冠層和土壤反射的光合有效輻射PAR-、地面反射光合有效福射PARsciil以及冠層透射光合有效福射PAR &ansm，通過下式獲得光合有效輻射吸收比例:fAPAR = (PARin- PARout- PAR tra_+PARSC]ll)/PARin。
[0013]作為優(yōu)選，使用光照計耦合線性光合有效輻射傳感器測量各光合有效輻射數(shù)據(jù)。
[0014]作為優(yōu)選，測定時保持傳感器感應(yīng)面水平且垂直于行向，分別放置在寬行和窄行進(jìn)行測量；在冠層上方50cm處，感應(yīng)面分別朝上和朝下采集冠層上入射光合有效輻射及冠層和土壤反射的光合有效輻射；在冠層內(nèi)距地面15cm處，感應(yīng)面朝下測定地面反射光合有效輻射PARscill;感應(yīng)面朝上放置在距地面2cm處測定冠層透射光合有效輻射PAR transno
[0015]作為優(yōu)選，所述棉花冠層覆蓋度估測光合有效輻射吸收比例的模型的表達(dá)式如下:y = 0.035+1.047x，式中x表示棉花冠層覆蓋度，y表示光合有效福射吸收比例。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0017]本發(fā)明實施例的基于數(shù)字圖像技術(shù)的棉花光合有效輻射吸收比例的測定方法通過分析棉花冠層圖像得到棉花冠層覆蓋度，隨著數(shù)碼相機(jī)的普及和相應(yīng)技術(shù)的提高，獲取棉花冠層覆蓋度從成本、便捷等方面具有無可比擬的優(yōu)勢。本發(fā)明實施例在確定了棉花冠層覆蓋度與光合有效輻射吸收比例的模型的基礎(chǔ)上，利用數(shù)碼相機(jī)獲取觀測區(qū)域的棉花冠層圖像，并用成熟的現(xiàn)有技術(shù)對圖像分析獲得棉花冠層覆蓋度，進(jìn)而獲得觀測區(qū)域的光合有效輻射吸收比例。本發(fā)明實施例簡單易行，成本低，并且準(zhǔn)確度高。
【附圖說明】
[0018]圖1為對本發(fā)明實施例所建模型的性能進(jìn)行綜合評價圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述，但不作為對本發(fā)明的限定。在下述說明中，不同的“一實施例”或“實施例”指的不一定是同一實施例。此外，一或多個實施例中的特定特征、結(jié)構(gòu)、或特點可由任何合適形式組合。
[0020]實施例1
[0021]基于數(shù)字圖像技術(shù)的棉花光合有效輻射吸收比例的測定方法，包括如下步驟:
[0022]通過棉花冠層覆蓋度及同期的光合有效輻射吸收比例的歷史數(shù)據(jù)建立利用棉花冠層覆蓋度估測光合有效輻射吸收比例的回歸模型；
[0023]獲取觀測區(qū)域棉花冠層覆蓋度，將觀測區(qū)域棉花冠層覆蓋度代入模型，從而得到相應(yīng)的光合有效輻射吸收比例；
[0024]其中，棉花冠層覆蓋度通過分析棉花冠層圖像得到。
[0025]覆蓋度(fract1nal cover, fCover)是決定冠層光合有效福射截獲和吸收能力的重要參數(shù)，通過獲取冠層覆蓋度可以有效地量化光截獲。本發(fā)明實施例的測定方法中通過分析棉花冠層圖像得到棉花冠層覆蓋度，隨著數(shù)碼相機(jī)的普及和相應(yīng)技術(shù)的提高，獲取棉花冠層覆蓋度從成本、便捷等方面具有無可比擬的優(yōu)勢。本發(fā)明實施例在確定了棉花冠層覆蓋度估測光合有效福射吸收比例(fract1n of absorbed photo synthetical Iy activeradiat1n, fAPAR)的模型的基礎(chǔ)上，利用數(shù)碼相機(jī)、手機(jī)等數(shù)字圖像采集設(shè)備獲取觀測區(qū)域的棉花冠層圖像，并用成熟的現(xiàn)有技術(shù)對圖像分析獲得棉花冠層覆蓋度，進(jìn)而獲得觀測區(qū)域的光合有效輻射吸收比例。本發(fā)明實施例簡單易行，成本低，并且準(zhǔn)確度高。
[0026]作為上述實施例的優(yōu)選，為使獲取的圖像清晰且圖像中冠層和背景的對比鮮明，本優(yōu)選實施例中提供了效果較佳的拍攝條件:拍攝工作不宜在風(fēng)速致使棉花冠層器官發(fā)生明顯波動和光照較暗的時段進(jìn)行；如果波動明顯會使冠層覆蓋度與實際不符，同時會導(dǎo)致圖像模糊，影響圖像質(zhì)量，降低識別精度；光照較暗會降低圖像目標(biāo)物與背景的對比度，影響圖像分析效果。為使獲取的圖像能夠代表觀測區(qū)域的空間異質(zhì)性，拍攝高度宜為1.5m左右，拍攝高度較低的情況下可以通過拍攝多幅圖像提高圖像的空間代表性；棉花冠層圖像通過垂直拍攝棉花冠層獲取。圖像采用JEPG格式存儲?；诮y(tǒng)計學(xué)的圖像分割方法對棉花冠層圖像中的像素進(jìn)行分類識別，用圖像中綠色像素數(shù)占整幅圖像總像素數(shù)的比例表示棉花冠層覆蓋度。由于數(shù)碼技術(shù)的發(fā)展及數(shù)碼相機(jī)、手機(jī)、平