一种植物叶片含水率检测方法技术

本发明专利技术提供了一种植物叶片含水率检测方法，包括：采集含有植物叶片含水率信息的参数数据、植物叶片的温湿度数据和空气的温湿度数据；根据参数数据计算植物叶片的透射率和水分调整型归一化植被指数；建立用于计算植物叶片含水率的多元线性回归模型；在多元线性回归模型中输入透射率、水分调整型归一化植被指数、植物叶片的温湿度数据和空气的温湿度数据以获取植物叶片的鲜重含水率。本发明专利技术实现了快速、准确、无损地在线检测出植物叶片的含水量，并且检测结果更稳定，误差更小，准确度更高。

A method for measuring leaf water content in plants

The invention provides a method for detecting the water content of plant leaves, including: collecting the parameter data containing the water content information of plant leaves, the temperature and humidity data of plant leaves and the temperature and humidity data of air, calculating the transmissivity of plant leaves and the normalized vegetation index of water adjustment according to the parameter data, and establishing a vegetation index for calculating planting. Multivariate linear regression model of leaf moisture content of plants; transmissivity, water-adjusted normalized vegetation index, temperature and humidity data of plant leaves and air temperature and humidity data were input into the multivariate linear regression model to obtain fresh weight and moisture content of plant leaves. The invention realizes fast, accurate and nondestructive on-line detection of water content of plant leaves, and the detection result is more stable, the error is smaller, and the accuracy is higher.

【技术实现步骤摘要】
一种植物叶片含水率检测方法
本专利技术涉及植物参数检测
，具体涉及一种植物叶片含水率检测及方法。
技术介绍
水是植物生长过程中必不可少的组成成分，缺水将影响植物的生长、产量和品质。水分在近红外光谱区域存在敏感波段，利用敏感波段可以检测植物叶片的水分含量。研究发现水分敏感中心波段主要位于760nm、970nm、1145nm、1450nm和1940nm，因此这些波段被广泛用于植物叶片水分含量检测研究。利用近红外光源照射植物叶片，近红外光谱经过漫反射、折射和透射最终穿过植物叶片，从而携带有植物的组织结构信息，因此可以通过检测透射光谱反演植物生物量含量。但是透射法会受到待测样本质地结构变化、外界环境因素、系统噪声等带来的干扰，降低了植物叶片水分含量检测的准确性。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供一种植物叶片含水率检测方法，可提高植物叶片的鲜重含水率检测结果的准确性。为实现上述目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种植物叶片含水率检测方法，包括：采集含有植物叶片含水率信息的参数数据、植物叶片的温湿度数据和空气的温湿度数据；根据所述参数数据计算植物叶片的透射率和水分调整型归一化植被指数；建立用于计算植物叶片含水率的多元线性回归模型；在所述多元线性回归模型中输入所述透射率、所述水分调整型归一化植被指数、植物叶片的温湿度数据和空气的温湿度数据以获取植物叶片的鲜重含水率。进一步的，采用下述的采集装置采集含有植物叶片含水率信息的参数数据、植物叶片的温湿度数据和空气的温湿度数据；采集装置，包括：第一部件、第二部件、温湿度传感器以及依次设置在轴线上的近红外光源、第一凸透镜、第二凸透镜和光电传感器；所述第一凸透镜与所述第二凸透镜平行设置，且第一凸透镜与第二凸透镜之间设置待测叶片样本；所述第一部件上设有第一凹陷和温湿度传感器，所述第一凹陷内部设有所述近红外光源和所述第一凸透镜，所述温湿度传感器与第一凹陷内所述第一凸透镜齐平；所述第二部件上设有第二凹陷，所述第二凹陷内部设有所述第二凸透镜和光电传感器；所述第一凹陷与所述第二凹陷相对设置，以使近红外光源、第一凸透镜、第二凸透镜和光电传感器的中心在同一轴线上；所述第一凹陷与所述第二凹陷相对设置，相对的两个侧面上分别设有隔绝光线的垫圈。进一步的，所述第一凸透镜到近红外光源的距离为1倍的所述第一凸透镜的焦距，第一凸透镜到待测叶片的距离为5mm；所述第二凸透镜到光电传感器的距离为1倍的所述第二凸透镜的焦距，所述第二凸透镜到待测叶片的距离为1倍的所述第二凸透镜的焦距。进一步的，所述采集装置采集含有植物叶片含水率信息的参数数据的步骤，包括：设置所述检测装置上的所述第一部件和所述第二部件，使所述第一部件与所述第二部件之间处于闭合状态；获取所述检测装置上的所述近红外光源不发光时所述光电传感器采集的暗电流值Ib；获取所述检测装置上的所述近红外光源发光时所述光电传感器采集的亮电流值Ia；获取所述检测装置上的所述近红外光源发光时且所述第一部件与所述第二部件之间设有待测叶片状态下的所述光电传感器采集的电流值It。进一步的，根据所述参数数据计算植物叶片的透射率的公式如下：其中，Ia为采集的亮电流值，Ib为采集的暗电流值，It为采集的含有待测样本的电流值。进一步的，所述采集装置将透射率、水分调整型归一化植被指数、植物叶片的温湿度数据和空气的温湿度数据发送至处理装置，所述处理装置，用于计算植物叶片的鲜重含水率；所述处理装置计算含水率之前还包括：获取处理装置的光学特性参数，对处理装置进行标定。进一步的，所述建立用于计算植物叶片含水率的多元线性回归模型的步骤，包括：根据植物叶片样本的透射率、温湿度数据以及含水率建立第一模型；获取所述第一模型中的模型系数；根据所述模型系数建立所述多元线性回归模型。进一步的，采用下式计算植物叶片的鲜重含水率FW：其中，WX为植物叶片样本的叶片鲜重，WG为植物叶片样本烘干至恒重的叶片重量。进一步的，所述多元线性回归模型为：FW＝K1·k·T890+K2·k·T980+K3·Δt+K4·Δm+K5·WMNDVI；其中，FW为植物叶片的鲜重含水率，T890和T980分别表示水分敏感波段为890nm和为980nm的植物叶片透射率；k为光学特性参数；Δt是植物叶片温度与空气温度的差值，Δm是植物叶片湿度与空气湿度的差值；WMNDVI是水分调整型归一化植被指数；K1、K2、K3、K4和K5为所述第一模型中的模型系数，分别是透射率T890、透射率T980、差值Δt、差值Δm和水分调整型归一化植被指数WMNDVI对应的系数。进一步的，所述水分调整型归一化植被指数WMNDVI采用下述公式计算：其中，p为水分调整型归一化植被指数的调整系数，p＝±0.5；所述光学特性参数k采用下述公式计算：其中，T1为标定板第一次的透射率，T2为标定板第二次的透射率。由上述技术方案可知，本专利技术所述的一种植物叶片含水率检测方法，通过检测植物叶片的含水率参数和温湿度数据，对检测的数据进行处理并计算获得植物叶片的鲜重含水率，实现了快速、无损、高效地在线检测出植物叶片的鲜重含水率，并且检测结果更稳定，误差更小，准确度更高。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术的一种植物叶片含水率检测方法的流程示意图；图2是本专利技术的一种植物叶片含水率检测方法中采集装置的结构示意图；图3是本专利技术的一种植物叶片含水率检测方法中采集装置第一部件内部俯视图；图4是本专利技术的一种植物叶片含水率检测方法中检测装置的夹子状态的示意图；图5是本专利技术的一种植物叶片含水率检测方法中检测装置的夹子结构光学通道示意图；图6是本专利技术的一种植物叶片含水率检测方法中步骤S103的流程示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。植物叶片含水量是灌溉控制的重要节点。当植物叶片中含水量降低时，如果不能及时进行灌溉则会导致植株供水不足而生长缓慢，严重的会枯萎，极大的影响作物的产量。如果植物叶片含水量升高时，则应该暂缓灌溉，以免出现水分过多导致植株死亡。研究发现，水分在近红外光谱区域存在敏感波段，利用敏感波段可以检测植物叶片的水分含量。利用主动近红外光源照射植物叶片，近红外光谱经过漫反射、透射和折射最终穿过植物叶片，从而携带有植物的组织结构信息，因此可以通过检测透射光谱反演植物生物量含量。但是透射法会受到待测样本质地结构变化、外界环境因素、系统噪声等带来的干扰。为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供一种植物叶片含水率检测方法，通过增加传感器、引入水分调整型归一化植被指数和标准板校正检测结果来有效抑制干扰因素对实验结果带来的影响，提高检测结果准确性。本专利技术实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种植物叶片含水率检测方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：采集含有植物叶片含水率信息的参数数据、植物叶片的温湿度数据和空气的温湿度数据；根据所述参数数据计算植物叶片的透射率和水分调整型归一化植被指数；建立用于计算植物叶片含水率的多元线性回归模型；在所述多元线性回归模型中输入所述透射率、所述水分调整型归一化植被指数、植物叶片的温湿度数据和空气的温湿度数据以获取植物叶片的鲜重含水率。

【技术特征摘要】
1.一种植物叶片含水率检测方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：采集含有植物叶片含水率信息的参数数据、植物叶片的温湿度数据和空气的温湿度数据；根据所述参数数据计算植物叶片的透射率和水分调整型归一化植被指数；建立用于计算植物叶片含水率的多元线性回归模型；在所述多元线性回归模型中输入所述透射率、所述水分调整型归一化植被指数、植物叶片的温湿度数据和空气的温湿度数据以获取植物叶片的鲜重含水率。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用下述的采集装置采集含有植物叶片含水率信息的参数数据、植物叶片的温湿度数据和空气的温湿度数据；采集装置，包括：第一部件、第二部件、温湿度传感器以及依次设置在轴线上的近红外光源、第一凸透镜、第二凸透镜和光电传感器；所述第一凸透镜与所述第二凸透镜平行设置，且第一凸透镜与第二凸透镜之间设置待测叶片样本；所述第一部件上设有第一凹陷和温湿度传感器，所述第一凹陷内部设有所述近红外光源和所述第一凸透镜，所述温湿度传感器与第一凹陷内所述第一凸透镜齐平；所述第二部件上设有第二凹陷，所述第二凹陷内部设有所述第二凸透镜和光电传感器；所述第一凹陷与所述第二凹陷相对设置，以使近红外光源、第一凸透镜、第二凸透镜和光电传感器的中心在同一轴线上；所述第一凹陷与所述第二凹陷相对设置，相对的两个侧面上分别设有隔绝光线的垫圈。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一凸透镜到近红外光源的距离为1倍的所述第一凸透镜的焦距，第一凸透镜到待测叶片的距离为5mm；所述第二凸透镜到光电传感器的距离为1倍的所述第二凸透镜的焦距，所述第二凸透镜到待测叶片的距离为1倍的所述第二凸透镜的焦距。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述采集装置采集含有植物叶片含水率信息的参数数据的步骤，包括：设置所述检测装置上的所述第一部件和所述第二部件，使所述第一部件与所述第二部件之间处于闭合状态；获取所述检测装置上的所述近红外光源不发光时所述光电传感器采集的暗电流值Ib；获取所述检测装置上的所述近红外光源发光时所述光电传感器采集的亮电流值Ia；获取所述检测装置上的所述近...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙红，陈香，毛博慧，刘豪杰，张俊逸，张漫，郑立华，杨玮，李民赞，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11