[发明专利]作物冠层植被指数测量方法及装置

说明书

技术领域

本发明实施例涉及光谱分析、植物长势及营养诊断和图像处理技术领域，尤其涉及一种作物冠层植被指数测量方法及装置。

背景技术

植物长势、营养等信息能够反映在光谱特征参数上，利用图像分析技术可以从作物冠层图像中提取出冠层叶片的光谱特征参数，检测出冠层叶片的叶绿素含量或氮素含量，从而判断植物的长势和营养状况等。作物冠层植被指数可以包括归一化差值植被指数(Normal Differential VegetationIndex，简称NDVI)、G/R、G/R+G+B等，其中G/R是可见光中绿光和红光的光强比值，G/R+G+B是绿光和红、绿、蓝三色的光强比值。这些光谱特征参数能够反映作物群体大小、健康程度等，是目前利用图像处理技术监测作物长势中应用较为广泛的光谱参数。

现有技术中，植被指数测量方法主要有两种，一种是利用美国光谱辐射仪(Analytical Spectral Devices，简称ASD)等对作物进行光谱测量，通过复杂的数据分析得到需要的植被指数。该类设备所用的色散元件都是采用全息反射光栅，因此价格昂贵，而且该方法操作不方便，数据分析复杂，限制了其在农业生产上的应用。

另一种测量方法是利用图像分析技术从作物多光谱图像中提取植被指数，该方法所需的作物多光谱图像主要通过多光谱相机获得，当前的该类设备一般只限于获取图像信息，无法直接获取作物冠层的各种植被指数，且造价昂贵。如美国TETRACAM Inc公司生产的多相机阵列(MultipleCamera Array)多光谱照相机可以在地面或低空获取地物的多光谱图像。该多光谱相机的每个通道电荷耦合器件(Charge Coupled Device，简称CCD)对应一个波段，获取红(R)、绿(G)、蓝(B)、近红外(NearInfrared Analysis，简称NIR)这四种光谱特征参数，需要四个CCD，这样就导致这种多光谱相机造价昂贵，成本高。美国Duncan Tech公司生产的MS-3100多光谱相机，与PCI专用图像采集卡连接，可以同步采集包含可见光和近红外光谱的作物冠层图像，但是该多光谱相机只能获得R、G、B三种光谱图像，不能获得NIR光谱图像。如果需要获取NIR光谱图像，则需要对多光谱相机进行设置，获得CIR光谱图像，该CIR光谱图像是R、G、NIR三种光谱图像的合成图像，丢失了B光谱信号。另外，该多光谱相机采用3个CCD，同样存在造价昂贵，成本高的问题。

发明内容

本发明提供一种作物冠层植被指数测量方法及装置，用以解决现有技术中多光谱相机造价昂贵、方法复杂的缺陷。

本发明提供了一种作物冠层植被指数测量方法，包括：

采用一个可见光CCD和一个NIR-CCD获取目标作物冠层的可见光图像和NIR灰度化图像；

提取所述可见光图像中的红、绿、蓝分量，将所述可见光图像中的红、绿、蓝分量分别进行灰度化，分别得到红、率、蓝分量的灰度化图像；

根据预先获取的转换系数，分别计算所述红、绿、蓝分量的灰度化图像中各像素点的光谱反射率，以及所述NIR灰度化图像中各像素点的光谱反射率；

根据所述红、绿、蓝分量的灰度化图像中各像素点的光谱反射率，以及所述近红外灰度化图像中各像素点的光谱反射率，计算出目标作物的冠层植被指数。

本发明还提供了一种作物冠层植被指数测量装置，包括：

半反射半透射光学棱镜，用于将接收到的光信号部分反射部分透射；

可见光CCD，用于将所述半反射半透射光学棱镜透射或反射出的光信号中的可见光转换成电信号；

NIR-CCD，用于将所述半反射半透射光学棱镜反射或透射出的光信号中的近红外光转换成电信号；

第一转换模块，分别与所述可见光CCD和所述NIR-CCD连接，用于分别将所述可见光CCD和所述NIR-CCD转换成的电信号生成可见光图像和NIR图像；

第一处理模块，与所述第一转换模块连接，用于提取所述可见光图像中的红、绿、蓝分量，将所述可见光图像中的红、绿、蓝分量分别进行灰度化，分别得到红、绿、蓝分量的灰度化图像；

第二处理模块，与所述第一处理模块连接，用于根据预先获取的转换系数，分别计算所述红、绿、蓝分量的灰度化图像中各像素点的光谱反射率，以及所述NIR灰度化图像中各像素点的光谱反射率；

第三处理模块，与所述第二处理模块连接，用于根据所述第二处理模块获取的所述红、绿、蓝分量的灰度化图像中各像素点的光谱反射率，以及所述近红外灰度化图像中各像素点的光谱反射率，计算出目标作物的冠层植被指数。