[发明专利]基于多尺度高光谱图像处理的稻叶瘟病抗性鉴定分级方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种稻叶瘟病抗性鉴定分级方法，尤其是一种基于多尺度高光谱图像处理的稻叶瘟病抗性鉴定分级方法，属于农业技术领域。

背景技术

稻瘟病是我国南北稻作区危害最严重的水稻病害之一，与纹枯病、白叶枯病并称为水稻三大病害。目前稻瘟病的识别和抗性鉴定分级主要是人工通过图片对比或根据文字描述目测完成，然而这种识别和分级方法主观性强，对工人专业素质要求较高，且效率低，往往会引起人为判断的误差，影响识别和鉴定结果。

近年来国内外学者多采用光谱分析或多光谱成像技术来检测稻瘟病。然而，光谱技术获取的仅是单个叶片或水稻冠层范围内的平均光谱信息，虽然能够通过这些平均光谱信息达到稻瘟病的诊断与病害程度识别，但由于缺乏反射光谱在空间位置差异上的表现，使得稻瘟病早期识别检测较为困难，特别表现在发病初期小病斑的检测识别上，其检测精度较低；多光谱成像技术在可见光和近红外区域一般只有几个波段，获得的光谱数据信息较少，前人在研究叶瘟病病害等级的分级方法中，多按照GB/T15790-1995标准划分为4级。叶片中度染病，病斑大且多时，分类精度较高；但是当叶片轻微染病，病斑少且小时，识别的准确度往往较低。

因此，急需提出一种稻叶瘟病抗性鉴定分级的新方法，要求其能减轻抗性鉴定的工作量并提高抗性评价的精度。

发明内容

本发明的目的，是为了解决上述现有技术的缺陷，提供了一种通过高光谱成像系统获取的高光谱图像进行分析，确定水稻叶瘟病的发病初期信息和病害抗性等级的基于多尺度高光谱图像处理的稻叶瘟病抗性鉴定分级方法。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

基于多尺度高光谱图像处理的稻叶瘟病抗性鉴定分级方法，其特征在于所述方法包括：采用高光谱成像系统采集受稻瘟病侵染后不同抗性等级的水稻叶片高光谱图像；在叶片尺度上分析稻叶瘟病斑与正常部位感兴趣区域的光谱特征，得到差异较大的两个波段，对这两个波段进行2维散点图分析，提取只含病斑的高光谱图像；然后在病斑尺度上进行PCA主成分分析，得到利于褐色病斑和灰色病斑分割的一个主成分图像，采用OTSU法分割出灰色病斑和褐色病斑；最后计算灰色病斑的延伸率和稻叶瘟病的受害率，结合延伸率和受害率两个参数对稻叶瘟病进行抗性分级。

作为一种优选方案，所述高光谱成像系统包括含CCD的高光谱相机、光源、采样平台和计算机，所述方法具体步骤如下：

1）将水稻叶片样本分组平铺于采样平台上，在光源的作用下采用高光谱相机拍摄得到图像，通过计算机采集所拍摄的图像，对原始图像与单个叶片掩膜图像做逻辑与运算，提取去除背景信息后的单个叶片高光谱图像，同时计算叶片图像面积；

2）在叶片尺度上，提取稻叶瘟病斑和正常部位感兴趣区域的光谱信息，所述稻叶瘟病斑感兴趣区域包括褐色病斑和灰色病斑感兴趣区域，根据光谱信息分析光谱特征差异，确定区分稻叶瘟病斑与正常部位的敏感波段为550nm和680nm；

3）对550nm和680nm两个波段的2维散点图进行分析，将稻叶瘟病斑和正常部位区分开来，提取只含稻叶瘟病斑的高光谱图像，如果无病斑，稻叶瘟病判定为0级；如果存在病斑，则执行步骤4）；

4）在病斑尺度上，进行PCA主成分分析，根据贡献率的大小选择PC图像，得到利于褐色病斑和灰色病斑分割的是第2个主成分图像PC2；运用OTSU法在PC2图像中分割出灰色病斑和褐色病斑，如果无灰色病斑，稻叶瘟病判定为1、2级；如果存在灰色病斑，判定为3级以上，继续执行步骤5）；

5）计算纺锤形灰色病斑延伸率，选取延伸率0.3作为区分3级和4级的阈值，如果延伸率≥0.3，稻叶瘟病判定为3级；如果延伸率＜0.3，稻叶瘟病判定为4级以上，计算含褐色病斑和灰色病斑的稻叶瘟病斑图像面积，执行步骤6）；

6）通过步骤1）得到的叶片图像面积和步骤5）得到的稻叶瘟病斑图像面积，计算稻叶瘟病受害率，根据受害率的大小将稻叶瘟病分为4~9级。

作为一种优选方案，步骤2）所述褐色病斑感兴趣区域为60个，所述灰色病斑感兴趣区域为104个，所述正常部位感兴趣区域为104个。

作为一种优选方案，步骤5）所述纺锤形灰色病斑的延伸率的计算公式如下：

S=W/L

其中，S表示为纺锤形灰色病斑的延伸率，W表示为目标最小外接矩形的宽，L表示为目标最小外接矩形的长。

作为一种优选方案，步骤6）所述稻叶瘟病受害率的计算公式如下：

R=（A2/A1）*100%