番茄氮素的多特征融合检测研究-江苏农业科学.pdfVIP

江苏农业科学　２０１６年第４４卷第１０期 — ３７９— 张晓东，李　立，高洪燕，等．番茄氮素的多特征融合检测研究［Ｊ］．江苏农业科学，２０１６，４４（１０）：３７９－３８２． ｄｏｉ：１０．１５８８９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２－１３０２．２０１６．１０．０１１１ 番茄氮素的多特征融合检测研究 张晓东，李　立，高洪燕，孙　俊，苏　辰 （江苏大学现代农业装备与技术省部共建教育部重点实验室，江苏镇江２１２０１３） 　　摘要：针对设施番茄的氮营养探测，利用高光谱成像结合三维激光扫描技术，提取了番茄氮素的高光谱特征图像 和植株的三维形态特征，实现了番茄氮素的快速定量分析。基于获取的不同氮素水平番茄的高光谱图像数据立方体， 利用敏感区域逐步回归，结合相关分析，提取了氮素的特征谱段，获取了特征图像强度均值特征；基于获取的番茄三维 激光扫描数据，通过建立番茄三维点云数据的空间几何模型，获取了不同氮素水平番茄的茎粗、株高和生物量特征；采 用ＰＬＳＲ建立了多特征融合番茄氮素检测模型，结果表明，所建立的模型的Ｒ为０．９４，模型精度明显优于采用高光谱 图像和三维激光扫描单一特征模型。 　　关键词：番茄；氮素；高光谱图像；三维形态；多特征融合；检测模型 　　中图分类号：Ｓ１２６；Ｓ６４１．２０６　　文献标志码：Ａ　　文章编号：１００２－１３０２（２０１６）１０－０３７９－０３ ２ 　　目前我国设施面积已达３８０万 ｈｍ，其中番茄种植面积 代农业装备与技术省部共建重点实验室的Ｖｅｎｌｏ型现代化玻 ２ １８６万ｈｍ，产量已占世界产量的近１／３，但由于缺乏先进科 璃温室进行。为实现对番茄氮素的精确控制，采用无土栽培； 学的营养调控方法，设施番茄的氮肥利用效率仅为３５％，不 在保证其他营养元素均衡的条件下，对氮素进行精确控制，以 及设施发达国家的１／２；因此对番茄生长过程信息进行精确 获取不同氮素水平的番茄样本。 监测，实现基于作物生长需求反馈的精确调控具有现实意义。 选取的试验品种为合作９０３大红番茄。根据山崎配方配 ［５］ 目前替代传统人工和化学测定的高光谱遥感、视觉图像 置营养液 ，样本分 Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４、Ｎ５组５个氮素水平处 等作物氮素的无损探测方法，因其具有快速性和时效性，且不 理，配置标准配方中 Ｎ的浓度分别为 ０％、５０％、１００％、 影响作物生长等优势，已有许多相关研究，并取得了一些成 １５０％、２００％的营养液（均为质量分数），每个水平 １０株，共 ［１－４］ 果 。但研究大多仅针对氮素丰缺导致的反射特性差异进 ５０株样本。 行氮素诊断，而作物氮素丰缺会直接导致其生物量、茎粗和植 １．２　试验方法 株高度等的差异，因而同样可以作为有效特征进行作物氮素 １．２．１　高光谱图像采集与处理　利用高光谱图像采集系统 ［６］ 的反演；与传统的视觉图像和接触式的测量方法相比，三维激 采集番茄叶片的高光谱图像数据 ，设定高光谱成像的曝光 光扫描能够同步获取植株的整体形貌特征，且精度较高，可实 时间为９００ｍｓ，扫描速度为１．２５ｍｍ／ｓ，以保证图像的清晰且 现作物长势综合特征的精确提取和分析。本研究提出将高光 不失真；之后进行黑场和白场标定，设定强度区间在 ０～ 谱成像和三维激光扫描技术相结合，充分利用氮素丰缺导致 ４０００；高光谱图像数据的采集是基于 ＳｐｅｃｔｒａｌＣｕｂｅ软件平 的番茄叶片尺度的高光谱图像特征，以及冠层尺度的生物量、 台；采样光谱区间为３９０．８～１０５０．１ｎｍ，分辨率为１．３ｎｍ，同