[发明专利]融合光谱和图像信息的作物病虫害识别和区分方法

说明书

技术领域

本发明涉及遥感图像处理和农学技术领域，具体涉及一种应用范围广、可对不同病虫害进行区分、通用性好的融合光谱和图像信息的作物病虫害识别和区分方法。

背景技术

农作物病虫害是我国的主要农业灾害之一，它具有种类多、影响大、并时常暴发成灾的特点，对我国国民经济、特别是农业生产常造成重大损失。因此，实时有效的对作物病虫害进行识别和区分，是实现当今精准农业管理的关键。目前，病虫害的田间调查主要依靠人工的目测手查、田间取样等方式。这些传统方法虽然真实性和可靠性较高，但耗时、费力，且存在代表性、时效性差和主观性强等弊端。基于光谱分析和机器视觉的病虫害监测识别是替代传统目测手查的好方法。在调研现有技术后，目前基于成像光谱技术的植物伤害诊断方法大致存在以下几个方面的问题：(1)现有方法大多限于对特定病虫害类型的识别，缺乏对不同病虫害的区分；(2)现有方法多基于整个高光谱图像立方体，仪器开发成本和计算代价较高，难以在实际中得到广泛应用；(3)现有方法通常对光谱和图像信息单独使用，未结合二者的互补优势，方法通用性较差，且缺乏整体流程设计。

中国专利授权公开号：CN104422660A，授权公开日2015年3月18日，公开了一种高光谱的植物叶片病虫害诊断系统，包括高光谱成像仪、镜头、标定白板、样本放置平台、线光源、线光源支持壁、电控位移台、移动平台控制装置、暗箱、可调支架脚和计算机。该发明的不足之处是，无法对不同病虫害进行区分。

发明内容

本发明的发明目的是为了克服现有技术中的方法仅限于对特定病虫害类型的识别，不能对不同病虫害进行区分的不足，提供了一种应用范围广、可对不同病虫害进行区分、通用性好的融合光谱和图像信息的作物病虫害识别和区分方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种融合光谱和图像信息的作物病虫害识别和区分方法，包括如下步骤：

(1-1)光谱图像数据采集

将叶片p置于黑板上，使用包含中心波长为570nm，680nm，750nm的三个波段的高光谱相机采集植物叶片光谱图像，上述三波段对不同病虫害敏感且具有区分力；对植物叶片光谱图像进行标定处理，得到与570nm、680nm和750nm分别对应的反射率图像Re f₅₇₀，Re f₆₈₀和Re f₇₅₀；

(1-2)叶片区域与背景分离

设定影像分割阈值W1，对于反射率图像Re f₇₅₀；

当Re f₇₅₀中的像元的反射率≥W1，判定该像元处为叶片；

当Re f₇₅₀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Mask_leaf；利用所述二值掩膜图像Mask_leaf，对Re f₅₇₀，Re f₆₈₀和Re f₇₅₀分别进行掩膜，去除背景，得到叶片区域影像Re f′₅₇₀，Re f′₆₈₀和Re f′₇₅₀；

(1-3)叶片中病虫伤斑提取

利用下述公式计算RTVI指数：