基于高光谱的植物生长状态与土壤含氮量关系的分析方法技术

本发明专利技术提供基于高光谱的植物生长状态与土壤含氮量关系的分析方法，本发明专利技术涉及农业检测领域。本发明专利技术的方案：设置多个相同植物的实验组，分别对多个实验组施加不同分量的相同氮肥进行种植，分别记录每个实验组的植物生长状态；每个实验组的土壤通过SOC710VP高光谱成像仪对土壤的成像光谱数据进行采集得到DN值(DigitalNumber)，然后将DN值(DigitalNumber)转换成反射率；根据每个实验组施加不同量的氮肥，判断土壤的含氮量与植物生长状态的关系，从而得知植物叶片含氮量与土壤含氮量的关系。本发明专利技术通过分析土壤含氮量与植物长势的关系，得到植物生长所需含氮量，可以对植物进行高效率种植。

【技术实现步骤摘要】
基于高光谱的植物生长状态与土壤含氮量关系的分析方法
本专利技术涉及农业检测领域，具体而言，涉及一种基于高光谱的植物生长状态与土壤含氮量关系的分析方法。
技术介绍
氮素是植物在生长过程中所必需的元素，直接影响植物的长势和产量。利用高光谱成像技术对土壤氮素含量与植物长势关系进行反演研究，对于评估植物最优生长氮素需求及精准施肥具有重要意义。现有技术中，茶树本身是以收获芽叶为主的经济作物，氮对茶树生长及品质成分有重要的影响，影响着芽叶的生长和发育，没有人使用光谱技术测定茶树的叶片氮素光谱信息，氮对茶树生长及品质成分有重要的影响，影响着芽叶的生长和发育。没有人将光谱技术用于茶树施肥指导，以及基于光谱信息分析植物氮素应用与土壤氮含量的关系。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于高光谱的植物生长状态与土壤含氮量关系的分析方法，通过分析土壤含氮量与植物长势的关系，得到植物生长所需含氮量，可以对植物进行高效率种植。本专利技术的实施例是这样实现的：一种基于高光谱的植物生长状态与土壤含氮量关系的分析方法，包括以下步骤：A：设置多个相同植物的实验组，分别对多个实验组施加不同分量的相同氮肥进行种植，分别记录每个实验组的植物生长状态；B：每个实验组的土壤通过SOC710VP高光谱成像仪对土壤的成像光谱数据进行采集得到DN值，然后将DN值转换成反射率；C：反射率进行预处理，通过反射率对土壤的含氮量进行判断，获得每个实验组土壤的含氮量；D：根据每个实验组施加不同量的氮肥，判断土壤的含氮量与植物生长状态的关系。在本专利技术的一些实施例中，上述步骤B中植物数据进行采集前进行黑白校正：其中，I：原始采集图像，B：全黑标定图像，W：全白反射标定图像，r：校正后的图像。在本专利技术的一些实施例中，上述步骤B中图像采集过程在暗箱中进行。在本专利技术的一些实施例中，上述步骤B中对成像光谱数据进行采集时使用双15W卤素灯作为光源。在本专利技术的一些实施例中，上述步骤B中SOC710VP高光谱成像仪对反射率进行标准化。在本专利技术的一些实施例中，上述反射率标准化包括几何定标和辐射定标；所述几何定标：对图像几何特征进行校正，还原真实情况；所述辐射定标：消除图像数据辐射亮度中的各类失真过程，对遥感图像的辐射度进行校准，实现定量遥感。在本专利技术的一些实施例中，上述步骤C中对反射率进行一阶微分：其中，R：反射率；FDRi：反射率的一阶微分；i：反射率对应波长位置；λ：反射率对应波长。在本专利技术的一些实施例中，上述步骤C中对反射率进行多元散射校正。在本专利技术的一些实施例中，上述步骤C中对反射率进行SG平滑处理。在本专利技术的一些实施例中，上述植物选取茶树。本专利技术提供的一种基于高光谱的植物生长状态与土壤含氮量关系的分析方法，具有如下优点或有益效果：首先设置多个相同植物的实验组，分别对多个实验组施加不同分量的相同氮肥进行种植，分别记录每个实验组的植物生长状态，种植的过程中记录植物的生长状态，可以每隔一周对植物的生长状态进行记录，一共记录12组数据。然后记录每组数据的同时通过SOC710VP高光谱成像仪获得土壤的DN值，DN值是记录地物的灰度值，但并不是真正的光谱值，必须进行反射率转换，把不可用的DN值转化为可以使用的反射率，利用ENVI软件提取反射率，即选取感兴趣区域(ROI)，提取反射率，将经过标准化后的高光谱图像数据加载到ENVI中。同时，光谱数据预处理也是一种可以有效提高光谱准确性和筛选有效光谱信息的重要方法。本研究采用了多元散射校正、SG平滑处理，一阶微分处理。通过处理后的反射率得到土壤的含氮量，根据各个时间段土壤的含氮量与植物在各个时间段的生长状态的关系可以判断出植物生长状态较优时土壤的含氮量，通过得出植物生长过程中所需最佳的土壤含氮量可以在栽培植物时施加对应的氮肥，此方法可以得出较优生长状态的植物，避免了过多施加氮肥不仅浪费资源而且抑制植物生长，从而可以更高效的栽培植物。具体实施方式因此，以下对本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，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例，都属于本申请保护的范围。实施例一种基于高光谱的植物生长状态与土壤含氮量关系的分析方法，包括以下步骤：A：设置多个相同植物的实验组，分别对多个实验组施加不同分量的相同氮肥进行种植，分别记录每个实验组的植物生长状态；B：每个实验组的土壤通过SOC710VP高光谱成像仪对土壤的成像光谱数据进行采集得到DN值，然后将DN值转换成反射率；C：反射率进行预处理，通过反射率对土壤的含氮量进行判断，获得每个实验组土壤的含氮量；D：根据每个实验组施加不同量的氮肥，判断土壤的含氮量与植物生长状态的关系。上述实施方式中，首先设置多个相同植物的实验组，分别对多个实验组施加不同分量的相同氮肥进行种植，分别记录每个实验组的植物生长状态，种植的过程中记录植物的生长状态，可以每隔一周对植物的生长状态进行记录，一共记录12组数据。然后记录每组数据的同时通过SOC710VP高光谱成像仪获得土壤的DN值，DN值是记录地物的灰度值，但并不是真正的光谱值，必须进行反射率转换，把不可用的DN值转化为可以使用的反射率，利用ENVI软件提取反射率，即选取感兴趣区域(ROI)，提取反射率，将经过标准化后的高光谱图像数据加载到ENVI中。同时，光谱数据预处理也是一种可以有效提高光谱准确性和筛选有效光谱信息的重要方法。本研究采用了多元散射校正、SG平滑处理，一阶微分处理。通过处理后的反射率得到土壤的含氮量。对植物叶片使用与土壤获得含氮量方法的相同方法获得植物叶片的含氮量，其中：A：分别记录土壤含氮量不同时植物的生长状态；B：植物生长的每个时间段通过SOC710VP高光谱成像仪对植物的成像光谱数据进行采集得到DN值，然后将DN值转换成反射率；C：反射率进行预处理，通过反射率对植物的含氮量进行判断，获得土壤含氮量不同时植物的含氮量；D：根据植物各个阶段不同的含氮量可以得知植物生长过程中土壤含氮量对植物含氮量的影响。从上述即可得知植物叶片含氮量与土壤含氮量的关系，根据各个时间段土壤的含氮量与植物在各个时间段的生长状态的关系可以判断出植物生长状态较优时土壤的含氮量，通过得出植物生长过程中所需最佳的土壤含氮量可以在栽培植物时施加对应的氮肥，此方法可以得出较优生长状态的植物，避免了过多施加氮肥不仅浪费资源而且抑制植物生长，从而可以更高效的栽培植物。在本专利技术的一些实施例中，步骤B中土壤数据进行采集前进行黑白校正：其中，I：原始采集图像，B：全黑标定图像，W：全白反射标定图像，r：校正后的图像。上述实施方式中，为减少采集过程光源强度分布不均匀以及镜头中存在暗本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于高光谱的植物生长状态与土壤含氮量关系的分析方法，其特征在于，包括以下步骤：/nA：设置多个相同植物的实验组，分别对多个实验组施加不同分量的相同氮肥进行种植，分别记录每个实验组的植物生长状态；/nB：每个实验组的土壤通过SOC710VP高光谱成像仪对土壤的成像光谱数据进行采集得到DN值，然后将DN值转换成反射率；/nC：反射率进行预处理，通过反射率对土壤的含氮量进行判断，获得每个实验组土壤的含氮量；/nD：根据每个实验组施加不同量的氮肥，判断土壤的含氮量与植物生长状态的关系。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于高光谱的植物生长状态与土壤含氮量关系的分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
A：设置多个相同植物的实验组，分别对多个实验组施加不同分量的相同氮肥进行种植，分别记录每个实验组的植物生长状态；
B：每个实验组的土壤通过SOC710VP高光谱成像仪对土壤的成像光谱数据进行采集得到DN值，然后将DN值转换成反射率；
C：反射率进行预处理，通过反射率对土壤的含氮量进行判断，获得每个实验组土壤的含氮量；
D：根据每个实验组施加不同量的氮肥，判断土壤的含氮量与植物生长状态的关系。


2.根据权利要求1所述的一种基于高光谱的植物生长状态与土壤含氮量关系的分析方法，其特征在于，所述步骤B中土壤数据进行采集前进行黑白校正：



其中，I：原始采集图像；B：全黑标定图像；W：全白反射标定图像；r：校正后的图像。


3.根据权利要求1所述的一种基于高光谱的植物生长状态与土壤含氮量关系的分析方法，其特征在于，所述步骤B中图像采集过程在暗箱中进行。


4.根据权利要求1所述的一种基于高光谱的植物生长状态与土壤含氮量关系的分析方法，其特征在于，所述步骤B中对成像光谱数据进行采集时使用双15W卤素灯作为光源。


5.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李双，杜建括，
申请(专利权)人：陕西理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61