[发明专利]一种设施园艺作物生长状况检测方法及装置

权利要求书

1.一种设施园艺作物生长状况检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）园艺大棚作物在自然光照条件下，采用由高光谱相机和光纤光谱仪构成的差分光路，采集作物反射高光谱图像，并同步获得动态标准白板；具体方式为：高光谱相机与光纤光谱仪同步触发采集信号，高光谱相机选择曝光时间、空间分辨率、光谱分辨率、光谱范围相机参数，采集作物反射高光谱图像；光纤光谱仪实时检测环境光照变化，每一个高光谱图像立方体对应着一组光纤光谱仪同步采集的环境光谱，根据环境光谱与高光谱相机初始时刻标准白板差分结果，获得动态标准白板，获取的动态标准白板用于计算高光谱图像反射率光谱，具体为：

高光谱相机采集图像的一段时间内，光纤光谱仪采集到了k个标准板的光谱信息，对这k个标准板的光谱取平均作为内标准白板的光谱信息，可表示为：

由差分光路计算得出的反射率的计算公式表示为：

其中，表示在时间内拍摄的种子光谱，表示暗噪声的光谱，表示在时间内拍摄的标准板的平均光谱；

（2）对作物反射高光谱图像进行目标分割，获得作物的ROI区域，从ROI区域中获取植株的外形参数，提取ROI区域中的平均反射率光谱，使用动态标准白板对反射率校正，得到植株反射率光谱，对植株进行营养检测；

（3）结合外形参数和营养检测结果，实时对作物生长状况进行追踪；

步骤（2）中，对作物反射高光谱图像进行目标分割，获得作物的ROI区域的具体步骤为：

（a）选取作物反射高光谱图像立方体中植株的茎与背景及叶片对比最大的特征波段；通过特征波段阈值分割的方法，将作物反射高光谱图像中的背景和叶片去除，得到第一掩膜；

（b）选取作物反射高光谱图像立方体中450nm、550nm、650nm的图像合成伪彩色图片，通过RGB阈值法去除由叶梢包裹的茎，得到第二掩膜；

（c）将第一掩膜和第二掩膜进行运算，得到第三掩膜，使用开闭运算将第三掩膜的连接域分离，将裸露的茎区域分离出来；

（d）将所有茎区域大小进行排序，最大的茎区域为ROI区域。

2.根据权利要求1所述的一种设施园艺作物生长状况检测方法，其特征在于，步骤（2）中，从ROI区域中获取植株的外形参数具体为：对ROI区域进行三波段伪彩色合成，在伪彩色图中进行边缘检测，得到植株叶片数、茎粗、茎高外形参数。

3.根据权利要求1所述的一种设施园艺作物生长状况检测方法，其特征在于，步骤（2）中，对植株进行营养检测具体为：通过植株反射率光谱建立训练集，训练分类网络，建立分类模型，使用训练好的模型，进行营养半定量检测。

4.根据权利要求1所述的一种设施园艺作物生长状况检测方法，其特征在于，所述高光谱相机采集作物高光谱图像包括顶拍模式以及侧拍模式，其中，

所述顶拍模式具体为：高光谱相机位于植株顶部，垂直向下拍摄植株；

所述侧拍模式具体为：高光谱相机位于植株侧方，水平拍摄植株。

5.一种设施园艺作物生长状况检测装置，其特征在于，该装置用于实现权利要求1-4任一项所述的一种设施园艺作物生长状况检测方法，该装置包括设置在园艺大棚中的高光谱相机、光纤光谱仪以及处理终端，所述高光谱相机和光纤光谱仪分别与处理终端通讯连接；其中，

高光谱相机与光纤光谱仪同步触发采集信号，高光谱相机采集作物反射高光谱图像并将该作物高光谱图像发送至处理终端；光纤光谱仪实时检测环境光照变化并将该检测结果发送至处理终端；处理终端同步获得动态标准白板，并对作物高光谱图像进行反射率提取、计算分析。

6.根据权利要求5所述的一种设施园艺作物生长状况检测装置，其特征在于，所述园艺大棚顶部与高光谱相机之间设有用于驱动所述高光谱相机在所述园艺大棚顶部移动的驱动机构，所述驱动机构包括用于驱动所述高光谱相机沿着X轴方向移动的X轴驱动机构、用于驱动所述高光谱相机沿着Y轴方向运动的Y轴驱动机构以及用于驱动所述高光谱相机沿着Z轴方向运动的Z轴驱动机构。