[发明专利]一种用于检测作物冠层叶片碳氮比的光谱指数构造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光谱指数构造方法，尤指一种用于检测作物冠层叶片碳氮比的光谱指数构造方法。

背景技术

碳与氮是作物植株的两个基本元素，它们的代谢状况对作物产量与品质的形成具有重要影响。作物叶片碳氮比（叶片碳含量与氮含量的比值）能够说明碳与氮二者的代谢状况，是一个综合诊断作物植株体内碳氮平衡、营养状况、生长活性和抗病性的重要指标，因此实时、有效和准确地检测作物叶片碳氮比对于田间作物长势诊断和栽培管理具有重要意义。

常规的作物冠层叶片碳氮比的检测，通常是采用田间取样、实验室化验的方式实现，检测不仅耗时费力、成本高，而且具有破坏性和滞后性。近年来，随着高光谱遥感技术的快速发展，应用光谱无损探测技术对诸如作物叶片碳、氮含量的生理生化组分进行无损、快速的检测，已成为当前田间作物长势、营养诊断应用的重要内容。

当前，应用高光谱技术检测作物叶片氮含量的光谱指数方法很多，但用于检测碳氮比的光谱指数方法的报道却不多见，已报道的少数几个用于检测碳氮比的光谱指数，也多是使用两三个特征波长的原始反射率通过简单地数学运算得到，但由于使用的波长较少，相邻波长原始反射率间存在着高度相关性，使得构造的光谱指数用于碳氮比检测时缺乏应有的稳定性。此外，已有的光谱指数使用的是原始反射率信息，而在实际应用中，田间获取作物冠层光谱时易受天空局部云斑阴影暂时或偶然性遮挡，以及一天中不同时间段太阳高度角变化等因素造成的光照条件差异的影响，使得用原始反射率计算的光谱指数往往携带一定的测量误差，用于作物叶片碳氮比检测时必然会产生不必要的检测误差。

发明内容

（一）要解决的技术问题

针对现有技术中的上述缺陷，本发明要解决的技术问题是：提供一种用于检测作物冠层叶片碳氮比的光谱指数构造方法，其能够挖掘高光谱数据中丰富的多波段反射率信息，避免已有光谱指数因使用的波长数过少，相邻波长原始反射率间存在高度相关性，导致检测碳氮比时产生的不稳定问题，同时在一定程度上消除由偶然性云斑阴影或不同测量时段太阳高度角变化等因素产生的光照条件差异造成的光谱测量误差问题，以提高所构造的光谱指数对作物冠层叶片碳氮比检测的准确性和可比性。

（二）技术方案

为解决上述问题，本发明提供了一种用于检测作物冠层叶片碳氮比的光谱指数构造方法，所述方法包括步骤：

（1）获取作物冠层500nm～910nm波段范围的高光谱原始反射率数据；

（2）利用获取的作物冠层原始反射率计算相对反射率；

（3）计算相对反射率曲线中500nm～550nm、680nm～760nm以及760nm～910nm三个子波段范围光谱曲线的斜率；

（4）构建用于检测作物冠层叶片碳氮比的光谱指数RCN。

进一步，步骤（1）按以下方法获取500nm～910nm波段范围的高光谱原始反射率数据：使用可测量作物冠层500nm～910nm波段范围光谱的便携式地物高光谱测量仪，在田间直接测量作物冠层辐亮度或DN值数据，则通过相应的参考板校正参数计算得到作物冠层高光谱原始反射率。

进一步，步骤（1）按以下方法获取500nm～910nm波段范围的高光谱原始反射率数据：使用包含了500nm～910nm波段范围的高光谱遥感影像数据，则通过相应的辐射定标与大气校正处理，得到地表作物冠层的高光谱原始反射率数据。

进一步，步骤（2）按以下方法计算相对反射率：对于获取的由500nm～910nm波段范围内各波长对应的原始反射率形成的光谱曲线，首先进行三点平滑计算得到平滑反射率，然后计算平滑处理后的该光谱曲线反射率的均值，紧接着使用平滑处理后的光谱曲线上各波长对应的反射率除以该均值，所得结果即为500nm～910nm波段范围内各波长对应的相对反射率。

进一步，所述平滑反射率的计算公式为R_i=(r_i-1+r_i+r_i+1)/3，R_i指三点平滑处理后第i个波长所对应的平滑反射率，r_i指500nm～910nm波段范围内第i个波长所对应的原始反射率；平滑处理后反射率的均值的计算公式为n指500nm～910nm波段范围内波长的个数，A指平滑处理后反射率的均值；所述500nm～910nm波段范围内各波长对应的相对反射率的计算公式为R′_i=R_i/A，R′_i指计算得到的第i个波长所对应的相对反射率。