高光谱技术分析茶树叶片中叶绿素含量及分布

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1、万方数据第31卷≯2背光谱学与光誊分析v01Fc’3b1,rNuaor．y2，,p2p0511122012SpectroscopyandSpectraAnalysis。515年月1Fcbruary，zoll高光谱技术分析茶树叶片中叶绿素含量及分布赵杰文1，王开亮1，欧阳琴1，陈全胜2’1．江苏大学食品与乍物工程学院，江苏镇江2120132．中国农业科学院农业资源与农业区划所，农业部作物营养与施肥重点开放实验室，北京100081摘要植物叶片叶绿素含量及分布是植物营养信息表达的一个重要指标。以茶树为研究对象

2、，利用高光谱技术分析茶树叶片中叶绿素含量及其分布。通过采集茶树鲜叶的高光谱图像，利用7种不同的算法从高光谱数据中提取相应的特征参数，并根据特征参数和叶绿索含量的参考测馈值分别拟合出相应的预测模型。结果显示，二次土壤调节植被指数算法提取的特征参数最佳，预测模型校正集和预测集的相关系数尺分别为0．8433和0．8323，最小均方根误差分别为9．918和8．601。最后根据预测模型估计叶片E任意像素下叶绿素的含虽，并通过伪彩手段描述叶片中叶绿素含量的分布。研究结果表明，利用高光谱成像技术分析茶树叶片中叶绿素含

3、量及其分布是可行的。关键词高光谱成像技术；茶树叶片；叶绿素；二次土壤调节植被指数中图分类号：TP391．4文献标识码：ADOI：10．3964／j．issn．1000-0593(2011J02—0512-04引言叶绿素足植物体进行光合作用、进行第一性生产的霞要物质，叶绿素含量能I．日J接反映植物的牛长状况与光合作用能力【lJ；同时，叶片中叶绿素含量及其分布与植物的营养缺素状况密切相关，因此，植物叶片中叶绿素含鼍及分布町作为评判植物营养牛理状态的一个苇要指标。常规的叶绿素测定方法是分光光度计法，但该方法步

4、骤繁琐，费时费力。近年来，便携式叶绿素仪和遥感技术在叶绿素含量的检测}：得到越来越多的关注[2“。尽管这些方法与传统的叶绿素检测方法相比具有显著优势，但也表现出一定的缺陷。高光谱成像技术集光谱分析和图像处理于一身，现已在军事、医药和精细农业领域得到了广泛的应用。由于高光谱成像技术是光谱分析技术和图像处理技术在技术层面上的融合技术，基于这两种技术的优势，高光谱成像技术不仅能研究对象的内部成分含量，还叮对其分布进行可视化分析。本研究以茶树为研究对象，采集茶树叶片高光谱图像数据。提取相应的光谱特征变量，并与常

5、规方法检测得到的叶绿素含量相。廷联，建立茶树叶片叶绿素含鼍预测模型；最后通过模型估计出叶片上任意像素下的叶绿素含量，通过伪彩手段描述叶片1-．叶绿素的分布状况，以便于从图像角度更直观分析茶树营养状况‘引。1材料与方法1．1试验材料试验所用的样本茶树叶片，分别从镇江市京口区3个不同茶园中的不同茶树上随机采集得到的，剔除了病虫害叶片，一共采集r90个叶片样本。其中60个样本校正集用于模型校正，另外一组为30个样本用于模型的验证。1．2数据采集高光谱图像数据是基于光谱仪的高光谱图像系统采集得到的。基于图像光谱

6、仪的高光谱图像采集系统由基于图像光谱仪的高光谱摄像机(ImSpector，VIOE，芬兰)，一套150W光纤卤素灯(Fiber-LiteDC950Illuminator，DolanJennerIn-dustriesInc，MA，美闺)，一套包括控制装置的移动平台(ZoLix，SC30021A，北京)和计算机等部件组成，如图1所示。试验数据采集过程中，将茶树叶片平铺在白色底板的输送台上进行高光谱图像采集。设定高光谱系统摄相机曝光时问为50tIls，输送装置的速度为1．25mill·s～。试验采用的收稿日期

7、：2010-05—16．修订日期：2010-08‘22基金项目：国家自然科学基金项目(30800666，30971685)，江苏省自然科学基金项目(BK2009216)和农业部作物营养与施肥重点实验室开放基金项目资助作者简介：赵杰文，1945年生，江苏大学食品与生物工程学院教授*通讯联系人e-mail：chenjian90518@yahoo．com．en万方数据第2期光谱学与光谱分析高光谱摄像头的罔像分辨率为400×1280，光谱范Ⅲ是408～1117⋯*#^日％∞067ml。％1Hmm”cIrm¨sy

8、stembasedoⅡ5DEd—koI3高光谱图像标定由f光埠舯A度分布*均匀及暗电漉噪音的存在．造成在兜埠强度分缸杖弱的波段下获得的图像含有较大的噪音。凼此．带要对所戡}4的高光谱图像进行黑白标定“5“。在与样66采集／f114的系坑条件F，扫描标准白色幢m板得到全白的标定幽像w．盖州相机快¨进行图像果熊得到垒黑的标定罔像B完成高光J*剧像的标定使采集得到的绝对图像I娈成Hl时嘲掉RR；糕㈣1．4数据计算丧l列⋯故段比植被指教ratio”