一种面向大众的草地草长势多光谱成像监测掌上系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种面向大众的草地草长势多光谱成像监测掌上系统及方法。设计了一种掌上多光谱成像装置，并针对不同波段图像中出现的渐晕和微小几何偏差，提出一种基于概率统计模型自适应分块渐晕消除方法和兼顾全局的分块配准策略，校正不同波段间的渐晕和微小几何偏差。利用不同波段间的微小几何偏差，提出模拟草高的概念和计算方法。并且根据多光谱成像装置获取的高分辨率多光谱图像，估算鲜草占比。用鲜草占比、模拟草高、连同NDVI、NDRE、BNDVI、GNDVI、OSAVI、TGI等植被指数构建草地草长势的监测指标体系。对于地势平坦的牧场，采用准均匀采样方式，计算每一采样点的草长势评价指标，利用克里金插值生成整个牧场的草长势评价指标图，反映整个草场草的长势。

A mass oriented palm system and method for grassland growth monitoring by multispectral imaging

【技术实现步骤摘要】
一种面向大众的草地草长势多光谱成像监测掌上系统及方法
本专利技术涉及高分辨率遥感监测领域，是草地遥感监测平台，特别是一种面向大众的草地草长势多光谱成像监测掌上系统及方法。
技术介绍
草地是我国最大的陆地生态系统，草地生态的健康状况十分重要，因此草地动态监测一直是研究的热点问题，及时准确的了解草的长势对于草地的可持续发展利用以及管理具有十分重要的意义。以往用卫星和航空等专业遥感来估算牧草长势的研究很多，近年来用无人机遥感监测草地的研究也陆续增多。但是从成本和操作模式看，卫星遥感、航空遥感、无人机遥感都属于专业遥感、小众遥感。人们更渴求一种像手机一样的人人可使用操作的大众遥感模式。
技术实现思路
为了解决以上技术问题，本专利技术的目的是建立一种面向大众的草地草长势多光谱成像监测掌上系统及方法，通过该系统人们随时随地获知草地草的长势情况。本专利技术是掌上的草长势多光谱成像监测系统，操作简单、灵活，随时随地获取图像，获知草地长势情况，是一种新的大众遥感系统，充填了卫星、航空、无人机等专业遥感的空挡。>本专利技术的技术方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向大众的草地草长势多光谱成像监测方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤(1)：设计掌上滚轮式多光谱成像装置；/n步骤(2)：采用所述的装置，对不同波段图像存在的渐晕效应，利用基于概率统计模型自适应分块渐晕消除方法，去除不同波段的图像渐晕；/n步骤(3)：利用所述的装置，对不同波段图像存在的微小几何偏差，采用分块配准策略，校正不同波段间的微小几何偏差；/n步骤(4)：利用所述的装置，利用不同波段图像间存在几何偏差，假定一基线长度，利用双目视觉原理，模拟草高，用模拟草高反映草的长势；/n步骤(5)：利用所述的装置，根据绿色因子(Excess Green index,ExG)和红色因子(...

【技术特征摘要】
1.一种面向大众的草地草长势多光谱成像监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)：设计掌上滚轮式多光谱成像装置；
步骤(2)：采用所述的装置，对不同波段图像存在的渐晕效应，利用基于概率统计模型自适应分块渐晕消除方法，去除不同波段的图像渐晕；
步骤(3)：利用所述的装置，对不同波段图像存在的微小几何偏差，采用分块配准策略，校正不同波段间的微小几何偏差；
步骤(4)：利用所述的装置，利用不同波段图像间存在几何偏差，假定一基线长度，利用双目视觉原理，模拟草高，用模拟草高反映草的长势；
步骤(5)：利用所述的装置，根据绿色因子(ExcessGreenindex,ExG)和红色因子(ExcessRedindex,ExR)差值，选定阈值为0.4，提取鲜草并用图像中鲜草所占像素除以整幅图像像素得鲜草占比，用鲜草占比反映草的长势；
步骤(6)：利用所述的装置，根据6个波段图像自动计算归一化植被指数NDVI、归一化红边指数NDRE、蓝色归一化植被指数BNDVI、绿色归一化植被指数GNDVI、优化土壤调节植被指数OSAVI、三角绿色指数TGI植被指数；连同生成的鲜草占比和模拟草高一起构成草地草长势监测指标；
步骤(7)：利用所述的装置，对于地势平坦的牧场，采用准均匀采样方式，每隔一定距离获取一组6波段图像，计算每一采样点的草长势评价指标，利用克里金插值生成整个牧场的草长势监测指标图，反映牧场草的长势。


2.根据权利要求1所述的一种面向大众的草地草长势多光谱成像监测方法，其特征在于：所述步骤(1)设计掌上滚轮式多光谱成像装置的步骤如下：
步骤(11)：制作镶嵌6个波段的滤波片的滚轮，使用过程中用手拨动滚轮；滚轮尺寸根据相机镜头口径确定，以与相机镜头紧耦合为准；根据实际条件，滤波滚轮安装在镜头和相机之间，或直接安装在镜头上；
步骤(12)：滤波片选择，三个可见光波段，即蓝：450nm、绿：550nm、红：650nm、一个红边波段750nm和一个近红外波段850nm、一个水汽波段960nm，在实际使用中根据观测对象不同更换不同波长的滤波片。
步骤(13)：相机设置，相机设置为黑白拍摄模式，相机自动调节曝光时间和感光度ISO。


3.根据权利要求1所述的一种面向大众的草地草长势多光谱成像监测方法，其特征在于：所述步骤(2)自适应分块渐晕消除方法的步骤如下：
步骤(21)：输入原始图像IM＝M×N，M和N分别为原始图像横向和纵向的像素个数，获取原始图像IM的平均灰度值DN_global；
步骤(22)：对原始图像IM进行二维高斯曲面拟合，得到其均值u和标准差σ，将图像自适应的分成m×n个小块im_sub，每一小块图像大小为(u+3σ)×(u+3σ)，其中，m＝M/(u+3σ)，n＝N/(u+3σ)；
步骤(23)：对每一个子块im_sub求取平均灰度值，得到子块平均灰度矩阵im_block＝m×n；
步骤(24)：将子块平均灰度矩阵im_block减去平均灰度值DN_global，得到子块差值灰度矩阵im_block_diff＝m×n；
步骤(25)：将子块差值灰度矩阵im_block_diff进行双三次插值，得到与原始图像相同大小的全局差值灰度矩阵IM_global_diff＝M×N；
步骤(26)：原始图像IM减去全局差值灰度矩阵IM_global_diff，得到消除渐晕的图像IM_out＝M×N；
步骤(27)：并与预存的校正好的白板图像IM_white和暗电流图像IM_dark比较，完成相对辐射校正IM_ref，即，
IM_out-IM_dark)/(IM_white-IM_dark)＝IM_ref。


4.根据权利要求1所述的一种面向大众的草地草长势多光谱成像监测方...

【专利技术属性】
技术研发人员：张爱武，张泰配，张希珍，
申请(专利权)人：首都师范大学，
类型：发明
国别省市：北京;11