叶片叶绿素叶面分布特征同步诊断氮钾镁元素亏缺的方法技术

本发明专利技术属于一种作物营养元素亏缺诊断技术领域，涉及一种叶片叶绿素叶面分布特征同步诊断氮钾镁元素亏缺的方法；本发明专利技术首先将待测叶片叶面区域分割，将叶片分割为若干个小区域；然后对叶绿素区域分布特征提取，用高光谱图像技术提取叶片叶绿素叶面分布图中小区域中所有像素点对应的叶绿素含量均值、叶绿素含量方差、叶绿素含量最大值和叶绿素含量最小值；基于此构建氮钾镁亏缺诊断模型；依据模型对待测叶片氮钾镁亏缺诊断。本发明专利技术克服了基于叶绿素含量的元素亏缺诊断方法无法同步诊断黄瓜叶片氮钾镁元素亏缺的局限性；可以快速、无损的提取叶绿素叶面分布特征，实现叶片氮钾镁元素亏缺的高效诊断。

Simultaneous diagnosis of N, K, Mg deficiency based on the distribution characteristics of chlorophyll and leaf surface

【技术实现步骤摘要】
叶片叶绿素叶面分布特征同步诊断氮钾镁元素亏缺的方法
本专利技术属于一种作物营养元素亏缺诊断
，涉及一种叶片叶绿素叶面分布特征同步诊断氮钾镁元素亏缺的方法。
技术介绍
营养元素是叶片合成各种有机化合物的重要成分，参与叶片生长发育过程中的多种代谢，营养元素亏缺往往导致叶片的内部组分和外部形态发生变化。叶绿素是植物叶片的基本组成物质之一，当作物处于营养元素亏缺状态时，叶片中叶绿素等色素的合成与代谢产生障碍，进而导致叶片出现相应的缺素症状。氮钾镁元素是黄瓜植株生长、发育过程中所必需的大量营养元素，相关研究表明氮钾镁元素亏缺均导致黄瓜叶片叶绿素含量降低并引起叶片颜色褪绿，因此，基于叶绿素含量的元素亏缺诊断方法可以有效区分缺氮叶片与正常叶片、缺钾叶片与正常叶片、缺镁叶片与正常叶片之间的差异，但是难以准确判断缺氮、缺钾与缺镁叶片之间的差异，导致难以高效同步诊断黄瓜叶片氮钾镁元素亏缺。营养元素理化分析方法如凯氏定氮法、原子吸收光谱法等可以精确的分析黄瓜叶片的氮钾镁营养元素含量，进而实现黄瓜叶片氮钾镁元素亏缺的同步诊断，但是营养元素理化分析诊断方法需要破坏检测样本、耗时长、操作过程复杂。
技术实现思路
本专利技术从表征叶绿素含量在氮钾镁元素亏缺叶片分布特征的角度出发，提出了一种基于叶片叶绿素叶面分布特征的氮钾镁元素亏缺同步诊断方法。所述一种基于叶片叶绿素叶面分布特征的氮钾镁元素亏缺同步诊断方法，具体包括如下步骤：叶片叶面区域分割：以叶片主叶脉交汇点、叶片轮廓线的主要拐点将叶面分割为大区域，将分割的大区域再分割为若干个小区域。其中所述大区域的分割方法包括：以叶片主叶脉交汇点为原点，叶片轮廓线的主要拐点a作为轮廓线分割点，以轮廓线分割点和原点连线得到大区域分割线段，从而将黄瓜叶片叶面区域分割为a-3个大区域，其中所述的a为正整数。其中所述小区域的分割方法具体操作如下：在大区域分割线段上确定n个小区域分割点，分别用线条将相邻两个大区域的各个小区域分割点相连形成小区域分割线段；小区域分割线段、大区域分割线段与外轮廓线将叶片叶面区域分割为m＝(a-3)(n+1)+2个小区域；其中所述的a、m、n均为正整数。其中，所述大区域分割线段上n个小区域分割点分割形成的各个线段长度相等。叶绿素区域分布特征提取：利用多片叶片作为训练样本，依次检测叶片的叶绿素含量叶面分布图；依次提取叶片叶绿素叶面分布图中若干个小区域中所有像素点对应的预设的参数，构建自变量数组X。所述预设的参数包括叶绿素含量均值、叶绿素含量方差、叶绿素含量最大值和叶绿素含量最小值。氮钾镁亏缺诊断模型构建：依次检测叶片的氮钾镁元素营养状况，构建因变量数组Y；利用叶片对应的自变量数组X、因变量数组Y，建立氮钾镁亏缺诊断模型Y＝F(X)。其中，所述自变量数组X构建方法具体操作如下：利用j片叶片叶绿素叶面分布图中m个小区域中所有像素点对应的叶绿素含量均值、叶绿素含量方差、叶绿素含量最大值、叶绿素含量最小值构建j行×4m列的自变量数组X；其中，所述的m、j均为正整数。其中所述因变量数组Y用于记录j片叶片的氮钾镁元素营养状况，包括：利用营养元素理化分析方法依次检测j片叶片的氮钾镁元素营养状况，构建j行×3列的因变量数组Y；其中，所述的j为正整数。其中，所述因变量数组Y的第1列用于记录氮元素营养状况，取值为0时代表对应叶片氮元素正常，取值为1时代表对应叶片氮元素亏缺；因变量数组Y的第2列用于记录钾元素营养状况，取值为0时代表对应叶片钾元素正常，取值为1时代表对应叶片钾元素亏缺；因变量数组Y的第3列用于记录镁元素营养状况，取值为0时代表对应叶片镁元素正常，取值为1时代表对应叶片镁元素亏缺。待测叶片氮钾镁亏缺诊断：将待测叶片叶面区域分割为若干个小区域；依次提取待测叶片叶绿素叶面分布图中若干个小区域中所有像素点对应的预设的参数构建待测叶片自变量数组X’；待测叶片自变量数组X’代入氮钾镁亏缺诊断模型Y＝F(X)，计算待测叶片因变量数组Y’＝F(X’)。所述预设的参数包括叶绿素含量均值、叶绿素含量方差、叶绿素含量最大值和叶绿素含量最小值。本专利技术的有益效果：本专利技术从表征叶绿素含量在氮钾镁元素亏缺叶片分布特征的角度出发，将黄瓜叶片叶面区域分割为若干个小区域，通过逐一提取每个小区域所有像素点处叶绿素含量的均值、方差、最大值以及最小值，实现了黄瓜叶片叶绿素叶面分布特征的精确表征；基于提取的叶绿素叶面分布特征，构建了可同步诊断黄瓜叶片氮钾镁元素亏缺的诊断模型，建立了基于黄瓜叶片叶绿素叶面分布特征的氮钾镁元素亏缺同步诊断方法，克服了基于叶绿素含量的元素亏缺诊断方法无法同步诊断黄瓜叶片氮钾镁元素亏缺的局限性；借助本专利技术方案以及构建的氮钾镁元素亏缺诊断模型，可以快速、无损的提取叶绿素叶面分布特征，实现叶片氮钾镁元素亏缺的高效诊断。高光谱图像技术既可获取待测样本的二维图像信息，又可获取二维图像中每个像素点对应的光谱信息。利用像素点光谱信息对待测组分含量的敏感性，可逐一解析每个像素点对应的待测组分含量，进而实现待测组分含量在样本空间中的分布可视化。附图说明图1为黄瓜叶片叶面区域分割示意图；图2为黄瓜叶片叶绿素含量叶面分布图，其中a为图例、b为叶绿素分布图；图3为经过区域分割的黄瓜叶片叶绿素含量叶面分布图。具体的实施方案为了使本专利技术的目的、技术方案和优势更加清楚，使本领域技术人员更好的理解本专利技术的技术方案，下面将结合本专利技术的附图和具体实施例对本专利技术的技术方案更加清楚、完成的描述。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施方式，而不是全部，基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本专利技术保护的范围。实施例1：一种基于叶片叶绿素叶面分布特征的氮钾镁元素亏缺同步诊断方法具体包括如下步骤：叶片叶面区域分割：以叶片主叶脉交汇点为原点，叶片轮廓线的主要拐点a个作为轮廓线分割点，以轮廓线分割点和原点连线得到大区域分割线段，从而将黄瓜叶片叶面区域分割为a-3个大区域；在大区域分割线段上确定n个小区域分割点，分别用线条将相邻两个大区域的各个小区域分割点相连形成小区域分割线段；小区域分割线段、大区域分割线段与外轮廓线将叶片叶面区域分割为m＝(a-3)(n+1)+2个小区域；其中所述大区域分割线段上n个小区域分割点分割形成的各个线段长度相等。叶绿素区域分布特征提取：利用j片叶片作为训练样本，用高光谱图像技术依次检测j片叶片的叶绿素含量叶面分布图；将分割后的m个小区域在叶绿素含量叶面分布图上对应的区域用数字进行无重复编号；依次提取j片叶片叶绿素叶面分布图中m个小区域中所有像素点对应的叶绿素含量均值、叶绿素含量方差、叶绿素含量最大值和叶绿素含量最小值。其中叶绿素含量均值的计算方式为提取单个小区域中各个像素点对应的叶绿素含量，并计算该小区域中所有像素点对应的平均本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种叶片叶绿素叶面分布特征同步诊断氮钾镁元素亏缺的方法，其特征在于，包括如下步骤：/n叶片叶面区域分割：以叶片主叶脉交汇点、叶片轮廓线的主要拐点将叶面分割为大区域，将分割的大区域再分割为若干个小区域；/n叶绿素区域分布特征提取：利用多片叶片作为训练样本，依次检测叶片的叶绿素含量叶面分布图；依次提取叶片叶绿素叶面分布图中若干个小区域中所有像素点对应的预设的参数，构建自变量数组X；/n氮钾镁亏缺诊断模型构建：依次检测叶片的氮钾镁元素营养状况，构建因变量数组Y；利用叶片对应的自变量数组X、因变量数组Y，建立氮钾镁亏缺诊断模型Y＝F(X)；/n待测叶片氮钾镁亏缺诊断：将待测叶片叶面区域分割为若干个小区域；依次提取待测叶片叶绿素叶面分布图中若干个小区域中所有像素点对应的预设的参数构建待测叶片自变量数组X’；待测叶片自变量数组X’代入氮钾镁亏缺诊断模型Y＝F(X)，计算待测叶片因变量数组Y’＝F(X’)。/n

【技术特征摘要】
1.一种叶片叶绿素叶面分布特征同步诊断氮钾镁元素亏缺的方法，其特征在于，包括如下步骤：
叶片叶面区域分割：以叶片主叶脉交汇点、叶片轮廓线的主要拐点将叶面分割为大区域，将分割的大区域再分割为若干个小区域；
叶绿素区域分布特征提取：利用多片叶片作为训练样本，依次检测叶片的叶绿素含量叶面分布图；依次提取叶片叶绿素叶面分布图中若干个小区域中所有像素点对应的预设的参数，构建自变量数组X；
氮钾镁亏缺诊断模型构建：依次检测叶片的氮钾镁元素营养状况，构建因变量数组Y；利用叶片对应的自变量数组X、因变量数组Y，建立氮钾镁亏缺诊断模型Y＝F(X)；
待测叶片氮钾镁亏缺诊断：将待测叶片叶面区域分割为若干个小区域；依次提取待测叶片叶绿素叶面分布图中若干个小区域中所有像素点对应的预设的参数构建待测叶片自变量数组X’；待测叶片自变量数组X’代入氮钾镁亏缺诊断模型Y＝F(X)，计算待测叶片因变量数组Y’＝F(X’)。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述大区域的分割方法包括：
以叶片主叶脉交汇点为原点，叶片轮廓线的主要拐点a作为轮廓线分割点，以轮廓线分割点和原点连线得到大区域分割线段，从而将黄瓜叶片叶面区域分割为a-3个大区域，其中所述的a为正整数。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述小区域的分割方法包括：
在大区域分割线段上确定n个小区域分割点，分别用线条将相邻两个大区域的各个小区域分割点相连形成小区域分割线段；小区域分割线段、大区域分割线段与...

【专利技术属性】
技术研发人员：石吉勇，邹小波，李志华，黄晓玮，郭志明，张文，张迪，李文亭，胡雪桃，孙悦，石海军，史永强，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32