[发明专利]快速检测叶片叶绿素含量的装置、建模方法及检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及农产品无损检测技术领域，尤其涉及一种快速检测叶片叶绿素含量的装置、建模方法及检测方法。 

背景技术

小麦是主要的农作物，在大田以及实验区得到广泛种植，是我国的粮食基础之一。随着我国短缺经济的结束和加入WTO，我国农业产业尤其是农作物产量质量的提高日益受到重视。为了收获高产优质的小麦，快速准确地获得作物在生长过程中的营养状态信息是非常重要的。叶片叶绿素含量(chlorophyll content，Chl.C)是直接反应作物营养状态的重要指标，叶绿素含量过低表示植物缺氮。玉米是世界上分布最广泛的粮食作物之一，种植面积仅次于小麦和水稻。种植范围从北纬58°至南纬40°。 

中国年产玉米占世界第二位。我国改革开放以来随着人民生活水平的提高，玉米工业的发展，玉米已成为粮食、饲料、工业原料和出口商品的多用途作物。玉米在许多地区被作为主要食物。除食用外，玉米也是工业酒精和烧酒的主要原料。植株的其它部分用途也相当广泛：玉米秆用于造纸和制墙板；包皮可作填充材料和草艺编织；玉米穗轴可作燃料，也用来制工业溶剂，茎叶除用作牲畜饲料外，还是沼气池很好的原料。玉米是高产作物，必须合理施肥才能满足玉米在整个生育期对养分的需要。为了收获高产优质的玉米，控制成本，快速准确地获得玉米在生长过程中的营养状态信息是非常重要的。叶绿素是植物叶片的主要光合色素，叶绿素含量是植物生理研究中的重要指标 

对叶片叶绿素含量的检测，传统的检测方法大多基于分光光度 计、化学分析等方法。这些方法虽然有效，但采样准备和检测时间长、效率低、操作繁琐、费时费力、且对试样具有破坏性，不能直接在生长期间进行实时测量，不适于实际生产中的操作，不利于推广应用，而亟待加以进一步改进。 

最近的一些方法采用傅立叶变换红外光谱(Fourier TransformInfrared Spectroscopy，FTIR)检测叶片叶绿素含量，研究表明可以通过观察叶片在一些特定近红外波长的光吸收/反射差异辨识叶绿素含量，但是采用这些方法时必须将叶片先剪碎后经相关处理后才能进行，因此也无法实现叶片的非破坏性检测，而且距离田间及温室实时检测还有无法克服的障碍。 

发明内容

图像光谱技术集成了传统的图像和光谱技术，可同时获得被测物体的空间和光谱信息。相比传统的多光谱方法不能同时兼顾共线性消除和信息充分获取的缺陷，而高光谱图像成像技术因其很高的光谱分辨率已成为农作物生化指标检测的强有力工具，如今，高光谱图像扫描成像系统已广泛应用于遥感检测植物含水量、氮素含量等营养状况指标。 

叶片叶绿素含量与植物氮素含量存在很强的相关性，而叶片氮素含量对应着相应的光吸收(反射)率。高光谱图像方法因其具有高的光谱分辨率，以及能同时表征空间光扩散信息的能力，因此采用该技术可以获得因作物叶片氮素变化带来的细微光学特征变化，以实现快速、非破坏性预测叶片叶绿素的目的。 

因此，本发明旨在针对现有技术的不足，利用高光谱扫描成像这一新技术，以小麦、玉米这些重要作物为对象，通过获取作物叶片叶绿素含量的可见光和红外线光的反射特征参数，得到非接触式、快速、无非破坏性的叶片叶绿素含量的检测方法及装置。从而为提供实时快速评判作物营养状况的方法打下基础。 

为达到上述目的，本发明提供一种快速、非破坏性检测叶片叶绿素含量的装置，包括CCD照相机、高光谱扫描仪、载物台、电控平移台、运动控制器、计算机及带有反馈控制器的光源供给系统；所述CCD照相机与所述高光谱扫描仪连接，用于采集高光谱扫描仪扫描到的载物台上所载作物的光谱图像；所述计算机与所述CCD照相机连接，用于对所述光谱图像进行处理，以得到检测叶绿素含量的预测模型；所述运动控制器与所述电控平移台连接，所述载物台位于所述电控平移台上；所述运动控制器用于调整所述电控平移台的位置、平移速度和平移距离；所述光源供给系统用于给载物台上所载作物提供光源。 

所述光源供给系统包括卤钨灯。 

本发明还提供了一种利用上述装置对作物叶片叶绿素含量的预测模型进行建模的方法，该方法包括以下步骤： 

S1，利用所述装置获取黑、白图像，叶片样本的光谱的线图像； 

S2，利用步骤S1中得到的图像数据计算相对反射光谱数据，并将所述线图像转化为面图像；