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原文传递基于成像高光谱技术的茶树炭疽病病斑识别方法

专利名称：	基于成像高光谱技术的茶树炭疽病病斑识别方法
摘要：	本发明公开了一种基于成像高光谱技术的茶树炭疽病病斑识别方法，包括如下步骤：数据获取，叶片去背景，茶树炭疽病优选特征集构建，基于迭代自组织数据分析算法IsoData的自动聚类，二维光谱特征空间分析的茶树炭疽病病斑识别；本发明具有茶树炭疽病的病斑识别准确率高、鲁棒性强，可以实现茶树炭疽病的自动、准确监测的特点。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	浙江;33
申请人：	浙江水利水电学院
发明人：	袁琳;关晓惠;张海波;张运涛;王军;邢晨
专利状态：	有效
申请日期：	2019-06-13T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-25T00:00:00+0800
申请号：	CN201910513049.X
公开号：	CN110376202A
代理机构：	杭州杭诚专利事务所有限公司
代理人：	阎忠华
分类号：	G01N21/88(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	310018 浙江省杭州市江干区经济技术开发区学府街508号
主权项：	1.一种基于成像高光谱技术的茶树炭疽病病斑识别方法，其特征是，包括如下步骤： (1-1)数据获取； (1-2)叶片去背景； (1-3)茶树炭疽病优选特征集构建； (1-4)基于迭代自组织数据分析算法IsoData的自动聚类； (1-5)二维光谱特征空间分析的茶树炭疽病病斑识别；构建一个经典的近红外波段-红外波段NIR-Red二维空间，将样本叶片的全部像元投影在二维空间上，这些像元均带有IsoData的分类标签；红波段Red是630-690nm波段反射率均值，近红外波段NIR是760-900nm波段反射率均值，计算每一类的中心点坐标，通过训练样本阈值遍历的方法，设定近红外波段的阈值范围和红波段的阈值范围；如果一个类的中心点位于近红外波段的阈值范围和红波段的阈值范围内，则该类的所有像元均划归为病害类；否则，该类的所有像元均划归为健康类。 2.根据权利要求1所述的基于成像高光谱技术的茶树炭疽病病斑识别方法，其特征是，(1-1)包括如下步骤：采用卤素灯提供光源，以UHD 185成像光谱仪进行高光谱图像采集，将茶树叶片逐片依次平展在测试台上，利用高光谱成像仪对每片叶片进行拍照，得到茶树叶片在450-950nm范围内的高光谱图像，将高光谱图像作为样本；对于高光谱图像，采集反射率近似为1的参考白板得到的Rwhite和反射率近似为0的参考黑板得到的Rdark，根据下式计算校正后的高光谱图像反射率值R；式中：Roriginal为采集的原始影像的高光谱反射率值；Rdark为黑板的反射率值；Rwhite为白板的反射率值；R为校正后的高光谱图像反射率值。 3.根据权利要求1所述的基于成像高光谱技术的茶树炭疽病病斑识别方法，其特征是，(1-2)包括如下步骤：设定影像分割阈值W1，提取高光谱图像的750nm波段的反射率图像Ref750；当Ref750中的像元的反射率≥W1，判定该像元处为叶片；当Ref750中的像元的反射率＜W1，判定该像元处为背景；设定判定为叶片的区域像元值为1，设定判定为背景的区域像元值为0，得到一幅二值掩膜图像Maskleaf；利用所述二值掩膜图像Maskleaf，对高光谱图像进行掩膜，去除背景，得到叶片区域影像。 4.根据权利要求1所述的基于成像高光谱技术的茶树炭疽病病斑识别方法，其特征是，(1-3)包括如下步骤：对于样本的成像高光谱图像，提取542nm，686nm和754nm三个波段的光谱反射率Ref542，Ref686和Ref754，来构建炭疽病敏感光谱指数：茶树炭疽病比值指数TARI和茶树炭疽病归一化指数TANI，其表达式如下：提取样本的成像高光谱图像的686nm波段光谱反射率Ref686nm，提取490-530nm波段的最大一阶微分值Db，根据下面公式，计算该波段范围内所有波段的一阶微分值，将计算结果绘制成一条曲线，其中最大值即Db： ρ′(λi)≈[ρ(λi+1)-ρ(λi-1)]/Δλ 式中，ρ′(λi)是一阶微分，ρ(λi)是波段i的反射率；Δλ是相邻波长λi+1和λi-1的间隔。利用如下公式计算红边植被胁迫指数RVSI：其中，Ref712，Ref732，Ref752分别为样本的成像高光谱图像在712nm，732nm和752nm波段光谱反射率。 5.根据权利要求1所述的基于成像高光谱技术的茶树炭疽病病斑识别方法，其特征是，(1-4)包括如下步骤：将样本的每个像元的TARI、TANI、Ref686nm、Db和RVSI5个特征输入基于迭代自组织数据分析算法中，输入基于迭代自组织数据分析算法的最小类数和最大类数；基于迭代自组织数据分析算法进行训练，获得优化的分类结果，生成样本的分类图。 6.根据权利要求1所述的基于成像高光谱技术的茶树炭疽病病斑识别方法，其特征是，近红外波段NIR的阈值范围为NIR＜0.6，红波段Red的阈值范围为Red＞0.1，其中，Red是630-690nm波段反射率均值，NIR是760-900nm波段反射率均值。
所属类别：	发明专利