植物生长分布状态检测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种植物生长分布状态检测方法及装置，方法包括：接收多光谱植物图像、环境光照强度、点云数据和天空图像；利用环境光照强度、点云数据和天空图像，对多光谱植物图像进行校正，得到校正图像像元亮度值和校正反射率；根据校正图像像元亮度值和校正反射率，并结合点云数据和预先构建的作物营养组织检测模型，得到表征作物生长分布状态的营养组织分布检测结果。本发明专利技术利用环境光照强度、点云数据和天空图像，对多光谱植物图像进行校正，以避免由于叶面的倾斜、弯曲、扭转对多光谱植物图像造成干扰，并根据校正后的光谱结合模型对作物营养组织分布进行检测，提高了植物生长分布状态的检测精度。布状态的检测精度。布状态的检测精度。

【技术实现步骤摘要】
植物生长分布状态检测方法及装置


[0001]本专利技术涉及计算机视觉处理
，尤其涉及一种植物生长分布状态检测方法及装置。

技术介绍

[0002]随着智慧农业的发展，为农业生产提供了可视化管理和智能化决策，而可视化管理和智能决策需要快速精准地掌握农作物的生长状态。由于叶绿素作物进行光合作用的重要色素，在光合作用的光吸收过程中起核心作用，而作物叶片叶绿素含量的高低是判断作物光合速率、生长和营养状况的重要参数，因此获取作物的空间三维模型，以得到作物生长关键节点的表型信息，从而将其结合作物叶绿素含量分布对评价作物养分分布、营养运输和生长状态至关重要。
[0003]目前，大多采用两种方式获取作物营养分布，一种是利用PhenoSpex的FieldScan系统，通过高通量多光谱三维激光获取作物的高光谱数据、三维点云数据，并对作物高度、3D叶面积、投影叶面积、数字生物量、叶片角度、叶面积指数、等表型参数叶绿素含量和绿度灯营养指标进行分别计算；另一种是利用MicaSense
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RedEdge成像多光谱设备，通过多个摄像头搭配不同带通的滤光片能够采集475nm、560nm、668nm、840nm和717nm波段的多光谱图像信息，以利用平面图像检测植物表型营养组织分布。
[0004]然而，上述第一种方式中计算的各个参数都是独立存在的，没有建立数据间的联系，容易对营养成分检测造成误差，同时整个系统需要庞大昂贵且专业的大型场地设施支持，不能很好地应用于实际农业生产当中；另一种方式的系统无法获取作物的三维空间模型，无法生成作物、太阳、测量装置三者的空间位姿信息，容易造成叶绿素含量分布差异大。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种植物生长分布状态检测方法及装置，用以解决现有技术中作物营养分布检测误差较大的缺陷，通过获取作物的表型信息与营养的空间分布信息，实现及时准确地检测植物表型营养组织分布。
[0006]本专利技术提供一种植物生长分布状态检测方法，包括：接收多光谱植物图像、环境光照强度、点云数据和天空图像；利用所述环境光照强度、所述点云数据和所述天空图像，对所述多光谱植物图像进行校正，得到校正图像像元亮度值和校正反射率；根据校正图像像元亮度值和校正反射率，并结合所述点云数据和预先构建的作物营养组织检测模型，得到表征作物生长分布状态的营养组织分布检测结果。
[0007]根据本专利技术提供的一种植物生长分布状态检测方法，所述利用所述环境光照强度、所述点云数据和所述天空图像，对所述多光谱植物图像进行校正，包括：将所述点云数据与所述植物光谱图像进行匹配，并利用预先获取的第一分割掩膜对所述点云数据进行分割，得到用于表征作物部分的作物点云数据；以构成所述多光谱植物图像中作物的点为中心，结合预设区域范围，将所述多光谱植物图像中的作物部分划分为多个区域；根据所述环
境光照强度、所述作物点云数据和所述天空图像，分别对各个区域中的作物部分进行较正，得到校正DN值和校正反射率。
[0008]根据本专利技术提供的一种植物生长分布状态检测方法，根据所述环境光照强度、所述作物点云数据和所述天空图像，分别对各个区域中的作物部分进行较正，得到校正图像像元亮度值和校正反射率，包括：针对任一区域，根据中心点和所述作物点云数据，得到所述区域内中心点的平均法向量；根据所述天空图像，得到对应所述区域的太阳照射角度和太阳方位角度；根据所述平均法向量、所述太阳照射角度和所述太阳方位角度，得到对应所述中心点的镜面反射光向量；根据所述镜面反射光向量、所述环境光照强度和所述作物点云数据，得到对应所述中心点的校正图像像元亮度值；根据对应所述中心点的校正图像像元亮度值和所述环境光照强度，对对应区域内的预设中心点进行校正，得到对应中心点的校正反射率。
[0009]根据本专利技术提供的一种植物生长分布状态检测方法，所述多光谱植物图像包括多个不同通道的植物光谱图像，且所述植物光谱图像对应的光谱通道像素按预设排列方式排列，在将所述多光谱植物图像中的作物部分划分为多个区域之前，还包括：根据预先指定通道，将对应植物光谱图像组合生成彩色图像；根据作物颜色特征将所述彩色图像进行图像分割，生成第二分割掩膜；根据所述第二分割掩膜，对所述预先指定通道对应的植物光谱图像进行图像分割，得到所述多光谱植物图像中的作物部分。
[0010]根据本专利技术提供的一种植物生长分布状态检测方法，得到用于表征作物部分的作物点云数据，包括：将所述点云数据沿用于获取所述点云数据的激光雷达光轴方向进行投影，得到点云反射率数据；对所述点云反射率数据进行归一化处理，得到数值分布于预设数值区间的点云反射率分布图；根据所述多光谱植物图像和所述环境光照强度，得到反射率分布图；将所述点云反射率分布图与所述反射率分布图进行图像匹配，并利用预先获取的第一分割掩膜对所述点云数据进行分割，并提取所述点云数据中的作物部分，得到作物点云数据。
[0011]根据本专利技术提供的一种植物生长分布状态检测方法，在将所述多光谱植物图像中的作物部分划分为多个区域之后，获取用于表征作物生长分布状态的植物表型数据，所述植物表型数据包括叶面平均叶倾角参数、作物叶面积指数和作物株高参数中的至少一项，则获取所述植物表型数据，包括：遍历所述多光谱图像中的作物叶面，并于预设选取规则，选择叶面边缘区域，得到作物叶片与茎秆相连部分的平均叶片法向量和相邻茎秆面的平均法向量；根据所述作物叶片与茎秆相连部分的平均叶片法向量和所述相邻茎秆面的平均法向量，得到叶面平均叶倾角参数；和/或，根据所述中心点，将对应区域划分为多个三角形区域，并获取冠层叶片对应所述作物点云数据的各所述三角形区域的面积；根据所述冠层叶片对应所述作物点云数据的各所述三角形区域的面积和预先获取的冠层最小外接矩形面积，得到作物叶面积指数；和/或，根据所述作物点云数据，得到作物株高参数。
[0012]根据本专利技术提供的一种植物生长分布状态检测方法，在接收多光谱植物图像、环境光照强度、点云数据和天空图像之前，包括：利用惯性测量模块，获取俯仰角、滚动角、偏航角和加速度；根据所述俯仰角、所述滚动角、所述偏航角和所述加速度，得到当前测量位姿；根据待获取的多光谱植物图像、环境光照强度、点云数据和天空图像，调整所述当前测量位姿。
[0013]本专利技术还提供一种植物生长分布状态检测装置，包括：包括用于获取多光谱植物图像的成像光谱传感器模块、用于获取环境光照强度的上行环境光谱传感器模块、用于获取点云数据的激光雷达模块、用于获取天空图像的鱼眼相机模块和中央处理模块，还包括存储与所述中央处理模块上运行的程序或指令，所述程序或指令被所述中央处理模块执行如上任一项所述植物生长分布状态检测方法的步骤。
[0014]本专利技术还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述植物生长分布状态检测方法的步骤。
[0015]本专利技术还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种植物生长分布状态检测方法，其特征在于，包括：接收多光谱植物图像、环境光照强度、点云数据和天空图像；利用所述环境光照强度、所述点云数据和所述天空图像，对所述多光谱植物图像进行校正，得到校正图像像元亮度值和校正反射率；根据校正图像像元亮度值和校正反射率，并结合所述点云数据和预先构建的作物营养组织检测模型，得到表征作物生长分布状态的营养组织分布检测结果。2.根据权利要求1所述的植物生长分布状态检测方法，其特征在于，所述利用所述环境光照强度、所述点云数据和所述天空图像，对所述多光谱植物图像进行校正，包括：将所述点云数据与所述植物光谱图像进行匹配，并利用预先获取的第一分割掩膜对所述点云数据进行分割，得到用于表征作物部分的作物点云数据；以构成所述多光谱植物图像中作物的点为中心，结合预设区域范围，将所述多光谱植物图像中的作物部分划分为多个区域；根据所述环境光照强度、所述作物点云数据和所述天空图像，分别对各个区域中的作物部分进行较正，得到校正DN值和校正反射率。3.根据权利要求2所述的植物生长分布状态检测方法，其特征在于，根据所述环境光照强度、所述作物点云数据和所述天空图像，分别对各个区域中的作物部分进行较正，得到校正图像像元亮度值和校正反射率，包括：针对任一区域，根据中心点和所述作物点云数据，得到所述区域内中心点的平均法向量；根据所述天空图像，得到对应所述区域的太阳照射角度和太阳方位角度；根据所述平均法向量、所述太阳照射角度和所述太阳方位角度，得到对应所述中心点的镜面反射光向量；根据所述镜面反射光向量、所述环境光照强度和所述作物点云数据，得到对应所述中心点的校正图像像元亮度值；根据对应所述中心点的校正图像像元亮度值和所述环境光照强度，对对应区域内的预设中心点进行校正，得到对应中心点的校正反射率。4.根据权利要求3所述的植物生长分布状态检测方法，其特征在于，所述多光谱植物图像包括多个不同通道的植物光谱图像，且所述植物光谱图像对应的光谱通道像素按预设排列方式排列，在将所述多光谱植物图像中的作物部分划分为多个区域之前，还包括：根据预先指定通道，将对应植物光谱图像组合生成彩色图像；根据作物颜色特征将所述彩色图像进行图像分割，生成第二分割掩膜；根据所述第二分割掩膜，对所述预先指定通道对应的植物光谱图像进行图像分割，得到所述多光谱植物图像中的作物部分。5.根据权利要求2所述的植物生长分布状态检测方法，其特征在于，得到用于表征作物部分的作物点云数据，包括：将所述点云数据沿用于获取所述点云数据的激光雷达光轴方向进行投影，得到点云反射率数据；...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙红，唐伟杰，刘国辉，王楠，赵若梅，乔浪，李民赞，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：