[发明专利]一种基于多传感器技术的葡萄水分胁迫诊断方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及农作物水分胁迫诊断的检测领域，尤其涉及一种基于多传感器技术的葡萄水分胁迫诊断方法及系统。

背景技术

水分对葡萄产量和自身生长的影响是深刻的，水分胁迫首先影响植株生理代谢过程，最终表现为对生长发育的影响。具体表现在：水分亏缺，葡萄各组织和器官的发育就会受阻，光合作用减弱。水分胁迫对果树叶、根的形态指标及其显微结构、叶片气孔行为、光合作用、光抑制、酶活性、内源激素变化等生理生化方面的影响都有所报道，其中对光合作用的影响尤为突出。水分胁迫使葡萄生长发育产生生理障碍，降低葡萄产量，影响葡萄浆果品质，是制约葡萄及其相关产业的重要环境因子。在葡萄种植面积很广的北方和丘陵地区，普遍存在干旱缺水的情况，快速诊断植株缺水状况，科学精确地指导灌溉，有效利用有限的水资源，保证葡萄的优质高产，成为亟需解决的问题。

目前在国内，植物水分胁迫的检测手段相对落后，绝大部分靠农民长期积累的经验进行感官识别判断，这种主观评定方法受个人经验、色彩分辨力和光线等条件的影响，而且大多数停留在定性判断上，其客观性、准确性较差，容易引起因作物的缺水而导致减产等。植物水分胁迫的快速、无损检测技术综合运用了计算机和光电传感器等高新技术，目前已引起了国内外相关领域的高度重视，迄今为止已经出现了诸如声学检测、叶绿素荧光技术、光谱检测技术、以及机器视觉等技术。

多光谱成像技术是一种能够同时采集可见光谱和红外光谱等波段数字图像并进行分析的技术。它结合了光谱分析技术（敏感波段提取）和计算机图像处理技术的长处，同时可以弥补光谱仪抗干扰能力较弱和RGB图像感受范围窄的缺点。针对错综复杂的外部环境和形状各异的作物冠层结构，利用多光谱成像技术，获取近红外光谱图像中植物的形状信息以及特征信息，对植物冠层结构进行快速、准确的检测。

作物冠层温度已成为判别作物水分状况的重要指标，利用作物冠层温度探测作物水分状况日益受到关注。用冠层温度诊断作物水分状况能克服测定单片叶温存在的取样误差，它可以快速而准确地测定较大面积范围内的作物水分状况。作物水分胁迫指数监测作物是否遭受水分胁迫，是一个非常有效的指标，但是在国内，采用热红外成像对葡萄水分胁迫的研究还鲜见报道。

光合有效辐射是指太阳辐射中能被绿色植物的叶绿体吸收来用于光合作用，从而实现物质积累的这部分辐射。植物的冠层结构即是植物群体地上部分总的绿色覆盖层，它影响着植物对太阳有效辐射的截获，是一种间接评价作物水分状况的指标。目前采用光合有效辐射值评价冠层结构从而对作物的水分胁迫进行相关研究开展得比较少。

以上所采用的测量作物水分胁迫的技术都存在一个共同的问题，即检测精度不高。

发明内容

本发明提供了一种基于多传感器技术的葡萄水分胁迫诊断方法及系统，通过引入多光谱成像技术、热红外成像技术以及多信息的数据融合技术，可实现葡萄水分胁迫程度的早期、快速、实时检测，提高检测精度。

一种基于多传感器技术的葡萄水分胁迫诊断方法，包括以下步骤：

（1）选取建模葡萄样本，采集所述建模葡萄样本的冠层覆盖率值、冠层温度特征值和冠层光合有效辐射值；

（2）以所述冠层覆盖率值、冠层温度特征值和冠层光合有效辐射值为输入变量，冠层水分胁迫等级为输出变量建立如式（1）所示模型：

Y＝-0.03x₁+3.43x₂+2.25x₃    （1）

其中，x₁为冠层覆盖率值，x₂为冠层温度特征值，x₃为冠层光合有效辐射值；Y为冠层水分胁迫等级；

（3）按照步骤（1）的方法采集待测葡萄样本的冠层覆盖率值、冠层温度特征值和冠层光合有效辐射值，代入式（1）中，计算出待测葡萄样本的冠层水分胁迫等级。

图像的分割质量直接决定了水分特征提取和所述模型的精度，优选地，步骤（1）中采集所述建模葡萄样本冠层在近红波段的单色图像，采用二维最大信息熵阈值分割法对所述单色图像进行背景分割，计算得到所述葡萄冠层覆盖率值。

更优选地，对所述单色图像进行背景分割前采用中值滤波法对所述单色图像进行预处理。较传统图像分割法更有优势。

作为优选，步骤（1）中采集所述建模葡萄样本冠层的热红外图像，提取冠层温度信息，同时采集当时大气的温度信息，以冠层温度信息和大气温度信息的差值作为所述冠层温度特征值。