[发明专利]一种作物冠层氮素监测方法及系统

说明书

本发明提供的作物冠层氮素监测方法及系统，包括：同步获取待监测区域的RGB图像和多光谱图像；根据RGB图像确定待监测区域的植被覆盖度；根据多光谱图像确定待监测区域的光谱植被指数；利用植被覆盖度和光谱植被指数计算覆盖度调节光谱指数，基于覆盖度调节光谱指数构建作物冠层氮素遥感监测模型，生成待监测区域像元尺度的作物冠层氮素含量空间分布图。本发明提供的作物冠层氮素监测方法及系统，充分利用了RGB影像的高空间分辨率的优势和多光谱影像的高光谱分辨率的优势，可有效消除土壤背景的抑制作用，显著改善作物氮素的遥感估测精度，实现了像元尺度的作物氮素遥感空间监测，可为田间精准变量施肥决策提供空间信息技术支持。

技术领域

本发明涉及农业信息处理技术领域，尤其涉及一种作物冠层氮素监测方法及系统。

背景技术

氮素是作物生长需求量最大的营养元素，氮素营养的丰缺直接影响作物生长发育过程和产量品质的最终形成。对作物冠层氮素营养状况进行大范围、快速和准确地监测，有助于田间氮肥施用的变量精准决策，对提高氮肥利用效率和减少过量施氮对农田环境造成的污染具有重要的现实意义。

常规作物冠层氮素的检测，通常采用田间取样、实验化验等方式，检测不仅成本高而且耗时费力，具有破坏性和滞后性，氮营养诊断也局限于有限的样本点数据，不能获取大面积、实时的田间作物氮营养空间变化信息。随着遥感技术的发展，特别是近年来无人机遥感技术的快速发展，借助于无人机平台搭载不同光学传感器对作物氮素营养组分进行大面积、无损和快速的遥感监测，已成为当前田间作物长势营养诊断应用的热点。

目前，应用无人机遥感技术对作物冠层氮素进行监测，通常采用无人机上搭载单一类型传感器所获取的遥感影像来监测评估作物氮素状况，通常使用的是具有不同空间和光谱分辨率的高清数码RGB影像和多光谱影像。但采用单一类型无人机传感器所获取的影像监测评估作物冠层氮素，未能发挥不同传感器影像间的光谱和空间分辨率的互补优势。

无人机高清数码RGB影像具有很高的空间分辨率，可以很清晰识别田间作物、土壤等类型，甚至是作物的茎、叶和穗等器官，但由于其波段少，光谱分辨率低，监测作物的生理生化组分如氮素、色素等指标时，则探测能力明显不足。

而多光谱影像则相反，由于具有相对较高的光谱分辨率，对作物组分诸如氮素、叶绿素含量等指标探测敏感性高，但由于多光谱传感器涉及较多的光谱波段，为避免获取的数据量过于庞大，往往会降低影像的空间分辨率，与相同飞行高度下获取的高清RGB影像相比，多光谱影像分辨地面目标的清晰度明显降低。

因此，如何充分发挥利用两类无人机遥感影像的空间和光谱分辨率的互补优势，是提高作物氮素营养无人机遥感监测精度所要解决的关键问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供一种作物冠层氮素监测方法及系统。

本发明提供一种作物冠层氮素监测方法，包括：同步获取待监测区域的RGB图像和多光谱图像；根据RGB图像，确定多光谱影像作物像元的植被覆盖度；根据多光谱图像，确定待监测区域内多光谱影像作物像元的光谱植被指数；利用植被覆盖度和光谱植被指数计算覆盖度调节光谱指数，基于覆盖度调节光谱指数构建作物冠层氮素遥感监测模型，生成待监测区域像元尺度的作物冠层氮素含量空间分布图。

根据本发明提供的一种作物冠层氮素监测方法，在同步获取待监测区域的RGB图像和多光谱图像之前，预先在待监测区域内均匀布设多个地面控制点；

相应地，在同步获取待监测区域的RGB图像和多光谱图像之后，还包括：

对多光谱图像进行辐射定标，获取地表反射率图像；基于SIFT特征匹配算法，分别对RGB图像进行拼接得到RGB影像，对地表反射率图像进行拼接得到多光谱影像；以RGB影像为基准影像，利用地面控制点，对多光谱影像再进行几何校正处理，得到几何精校正后的多光谱影像。