基于红外热图像精准提取树木冠层温度的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于红外热图像精准提取树木冠层温度的方法，包括：检测并获取待检测树木的红外热图像数据；提取所述红外热图像数据中包含的所有像素点温度值；根据所述像素点温度值，将红外热图像由彩色图像转换为灰度图像；根据树木冠层结构特点，采用相应的区域形状确定不规则树木冠层的区域范围；在树木冠层的区域范围内，根据灰度图像中的灰度值，提取相应数量的像素点，得到树木冠层温度的分布状态。这样不仅能够降低冗余数据尤其是土壤背景的干扰，而且提取出的像素点能够准确反映树木冠层温度。因此，本申请所述基于红外热图像精准提取树木冠层温度的方法能够准确提取树木冠层温度。

Accurate extraction of tree canopy temperature based on infrared thermal image

【技术实现步骤摘要】
基于红外热图像精准提取树木冠层温度的方法
本专利技术涉及树木冠层温度提取相关
，特指一种基于红外热图像精准提取树木冠层温度的方法。
技术介绍
自1963年起，科学家就开始通过植物冠层温度来研究和监测植物的生长发育情况。与此同时，红外技术的迅猛发展使得冠层温度的测量逐步由红外温度计替代了原有的单点、小范围、短周期的热电偶测温技术。此后，随着对空间和时间分辨率的要求，后续又产生了普适性更强的热红外成像系统，实现了高分辨率、长期、连续的监测要求。由于农作物栽植密度大，而且生长可以形成均一化程度较高的连续冠层，不受背景条件的影响，所以对于农作物红外热图像信息的提取比较简单，使得该技术在国内外农业上的应用已经比较成熟，其多用于监测作物水分亏缺状况并指导灌溉。但是，由于果树的栽植密度稀疏，行间距较大，加上人为整枝会形成不规则的冠层，且冠层结构中存在诸多大小不一的空隙，会受到地面土壤背景的干扰，因此，实现果树冠层温度的精准提取相对困难。国外利用红外热像系统提取树木冠层温度的研究大多集中在经济林树种上，如苹果、桃、葡萄和橄榄，也有极少涉及到阔叶树种，如红橡木和红花槭。而国内在林木方面的相关研究仅限于苹果树的水分胁迫诊断、模型预测以及果实品质检验的研究。目前，国内外对单株林木尺度上的冠层温度精准提取并没有详细阐述，基本上都是选取局部来代替整个冠层温度，或者人为设定温度阈值来粗略提取冠层温度，存在较大误差。因此，在实现本申请的过程中，专利技术人发现现有技术至少存在以下问题：当前针对于树木冠层温度的提取精度不高、误差较大。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提出一种基于红外热图像精准提取树木冠层温度的方法，能够精准提取树木冠层温度。从而为后续研究树木冠层温度与其生理生化指标的关系和实现无损实时诊断树木水分亏缺状况，以及科学的灌溉策略制定奠定了重要的理论基础。基于上述目的本专利技术提供的一种基于红外热图像精准提取树木冠层温度的方法，包括：检测并获取待检测树木的红外热图像数据；提取所述红外热图像数据中包含的所有像素点温度值；根据所述像素点温度值，将红外热图像由彩色图像转换为灰度图像；根据树木冠层结构特点，采用相应的区域形状确定不规则树木冠层的区域范围；在树木冠层的区域范围内，根据灰度图像中的灰度值，提取相应数量的像素点，得到树木冠层温度的分布状态。可选的，根据所述像素点温度值，将红外热图像由彩色图像转换为灰度图像的步骤还包括：根据像素点的温度值，采用温度插值法进行数据处理并生成相应的灰度图像。可选的，所述相应的区域形状为椭圆形或者圆形。可选的，所述根据灰度图像中的灰度值，提取相应数量的像素点的步骤还包括：利用滑动平均法、Filter滤波-无权重、Filter滤波-中心法三种数值滤波方法并且结合变异系数法提取得到最适宜的像素点个数。可选的，所述利用滑动平均法、Filter滤波-无权重、Filter滤波-中心法三种数值滤波方法并且结合变异系数法提取得到最适宜的像素点个数的步骤还包括：分别构建灰度值与像素点个数、温度值的关系，得到像素点个数与温度值的关系；根据像素点个数与温度值的关系，确定像素点个数与温度值呈现线性关系所对应的灰度值区域；在灰度值区域范围内提取像素点并且计算得到像素点个数的变异系数；通过滑动平均法、Filter滤波-无权重、Filter滤波-中心法对变异系数进行数据滤波处理，计算得到临界灰度值；根据临界灰度值确定像素点的取值范围，得到最适宜的像素点个数。可选的，得到树木冠层温度的分布状态步骤之后还包括：利用图像分割方法，将图像分割为多个相互独立的子区域；分别提取每个子区域中的像素点个数以及整体图像中的像素点个数；将子区域所提取的像素点个数进行累加并且与整体所提取的像素点个数相比较，得到像素提取可靠性的验证结果。可选的，所述将子区域所提取的像素点个数进行累加并且与整体所提取的像素点个数相比较的步骤还包括：将整体提取的图像和图像分割后提取的图像相叠加，得到两个图像中像素点的差异；根据像素点的差异确定像素提取的可靠性。从上面所述可以看出，本申请提供的基于红外热图像精准提取树木冠层温度的方法通过将相应的红外彩色温度图像转化为灰度温度图像并且利用相应的区域形状确定出不规则树木冠层的准确范围，这样既可以确定树木冠层涵盖的范围，而且能够大大降低冗余数据的干扰，尤其是能够排除土壤等背景环境的干扰。此外，本申请还通过灰度图像中的灰度值，提取出最适宜的像素点个数，不仅进一步剔除土壤等背景的影响，而且提取出的最适像素点能够准确反映树木冠层温度。因此，所述基于红外热图像精准提取树木冠层温度的方法能够准确提取树木冠层温度。附图说明图1为本专利技术提供的基于红外热图像精准提取树木冠层温度的方法的一个实施例的流程图；图2为本专利技术提供的树木冠层温度提取的验证方法的实施例的流程图；图3为本专利技术提供的红外热图像数据对应的温度分布示意图；图4为本专利技术提供的从红外热图像数据中提取出的像素点温度值；图5为本专利技术提供的红外热图像数据对应的灰度图像；图6为本专利技术提供的利用椭圆形确定树木冠层区域范围对应的示意图；图7为本专利技术提供的利用椭圆形确定树木冠层区域范围对应的灰度图；图8为本专利技术提供的一种灰度值与像素点数关系示意图；图9为本专利技术提供的灰度值与温度关系示意图；图10为本专利技术提供的温度与像素个数关系示意图；图11为本专利技术提供的像素个数与温度关系示意图；图12为本专利技术提供的另一种灰度值与像素点数关系示意图；图13为本专利技术提供的灰度值为40时提取的像素点示意图；图14为本专利技术提供的灰度值为60时提取的像素点示意图；图15为本专利技术提供的灰度值为110时提取的像素点示意图；图16为本专利技术提供的灰度值与变异系数的关系示意图；图17为本专利技术提供的利用滑动平均法进行滤波处理的示意图；图18为本专利技术提供的利用Filter滤波-无权重进行滤波处理的示意图；图19为本专利技术提供的利用Filter滤波-中心法进行滤波处理的示意图；图20为本专利技术提供的图16-19的叠加显示效果图；图21为本专利技术提供的选取最适像素点数对应的示意图；图22为本专利技术提供的第一子区域提取像素点对应的示意图；图23为本专利技术提供的第二子区域提取像素点对应的示意图；图24为本专利技术提供的第三子区域提取像素点对应的示意图；图25为本专利技术提供的第四子区域提取像素点对应的示意图；图26为本专利技术提供的第五子区域提取像素点对应的示意图；图27为本专利技术提供的第六子区域提取像素点对应的示意图；图28为本专利技术提供的子区域图像与整体图像叠加示意图；图29为本专利技术提供的图28方框中的局部放大示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。需要说明的是，本专利技术实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本专利技术实施例的限定，后续实施例中对此不再一一说明。针对当前树木冠层温度提取准确性不高的问题，本申请首先利用红外热像仪采集目标区域的图像信息，然后通过分类的手段，有效消除非目标区域，例如土壤等环境因素的干扰，精准的提取出目标区域，也即树木冠层的温度信息，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于红外热图像精准提取树木冠层温度的方法，其特征在于，包括：检测并获取待检测树木的红外热图像数据；提取所述红外热图像数据中包含的所有像素点温度值；根据所述像素点温度值，将红外热图像由彩色图像转换为灰度图像；根据树木冠层结构特点，采用相应的区域形状确定不规则树木冠层的区域范围；在树木冠层的区域范围内，根据灰度图像中的灰度值，提取相应数量的像素点，得到树木冠层温度的分布状态。

【技术特征摘要】
1.一种基于红外热图像精准提取树木冠层温度的方法，其特征在于，包括：检测并获取待检测树木的红外热图像数据；提取所述红外热图像数据中包含的所有像素点温度值；根据所述像素点温度值，将红外热图像由彩色图像转换为灰度图像；根据树木冠层结构特点，采用相应的区域形状确定不规则树木冠层的区域范围；在树木冠层的区域范围内，根据灰度图像中的灰度值，提取相应数量的像素点，得到树木冠层温度的分布状态。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述像素点温度值，将红外热图像由彩色图像转换为灰度图像的步骤还包括：根据像素点的温度值，采用温度插值法进行数据处理并生成相应的灰度图像。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述相应的区域形状为椭圆形或者圆形。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据灰度图像中的灰度值，提取相应数量的像素点的步骤还包括：利用滑动平均法、Filter滤波-无权重、Filter滤波-中心法三种数值滤波方法并且结合变异系数法提取得到最适宜的像素点个数。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述利用滑动平均法、Filter滤波-无权重、Filter滤波...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙圣，张劲松，
申请(专利权)人：中国林业科学研究院林业研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11