一種植物葉片反射光譜的背景扣除方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種植物葉片反射光譜的背景扣除方法，在PLATE模型假設(shè)的基礎(chǔ)上建立BPLT模型，并以BPLT模型為基礎(chǔ)，建立植物葉片反射光譜的背景扣除公式：得到背景扣除后的植物葉片反射率，其中：R為背景扣除后的植物葉片反射率，R12為空氣到植物葉片的界面反射比，R21為植物葉片到空氣的界面反射比，τ為植物葉片的透射系數(shù)。本發(fā)明解決不同背景引起植物葉片反射光譜偏離真實(shí)值，準(zhǔn)確率較低的問題，大大提高了植物葉片反射光譜的測(cè)量精度，易于實(shí)現(xiàn)和操作。
【專利說明】一種植物葉片反射光譜的背景扣除方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及植物葉片光學(xué)性質(zhì)檢測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種植物葉片反射光譜的背景 扣除方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 植物葉片作為植物冠層的主要組成部分，是植物冠層與太陽能作用的最重要部 分，掌握植物葉片反射率與其生物化學(xué)特性相互作用的生理過程，是了解植物與外界環(huán)境 物質(zhì)和能量交換，如：光合作用、蒸發(fā)、呼吸作用、初級(jí)生產(chǎn)、分解等的關(guān)鍵。國(guó)內(nèi)外大量研究 表明葉片的葉綠素、水、蛋白質(zhì)、纖維素等含量與植物葉片的反射率有著密切的聯(lián)系。準(zhǔn)確 且無損測(cè)定植物葉片的反射光譜，建立其與葉片營(yíng)養(yǎng)成分的關(guān)系，在農(nóng)作物估產(chǎn)、農(nóng)情監(jiān)測(cè) 等領(lǐng)域有著重要的意義。
[0003] 在對(duì)葉片反射光譜監(jiān)測(cè)的過程中，國(guó)內(nèi)外學(xué)者考慮到葉片的茸毛，表皮蠟質(zhì)含量 等葉片結(jié)構(gòu)因素對(duì)葉片反射光譜的影響，對(duì)植被生化組分進(jìn)行較準(zhǔn)確的估計(jì)。而在植物葉 片光學(xué)特性采集過程中，外界因素即試驗(yàn)對(duì)象的背景因素也對(duì)植物葉片的反射光譜存在較 大影響。光部分被植物葉片吸收、反射，還有部分透過植物葉片照射到植物葉片所處的背景 上，被背景反射，儀器最終接收的反射信息并非完全來自植物的反射，還有部分來自植物葉 片所處的背景的反射，使得植物葉片反射光譜會(huì)不同程度的偏離真實(shí)值，降低了植物葉片 的反射光譜的真實(shí)測(cè)量的精度。
[0004] 目前現(xiàn)有的背景扣除方法中多采用多項(xiàng)式擬合法、光譜相減法、kalman濾波法、導(dǎo) 數(shù)光譜法、小波分析法對(duì)連續(xù)背景干擾進(jìn)行分析和研究，并獲得了一定的成功，但上述方法 在醫(yī)學(xué)血液生化指標(biāo)測(cè)量以及溶液信號(hào)噪聲分析應(yīng)用較為廣泛，并不適用于植物葉片的光 學(xué)性質(zhì)檢測(cè)，尤其是基于光譜性質(zhì)葉片背景的扣除。
[0005] 葉片模型都是從有限個(gè)變量，例如葉綠素、水、干物質(zhì)成分含量等來模擬葉片的反 射率和吸收率。這些模型基于不同的數(shù)學(xué)物理原理分為PLATE模型、N-Flux模型、Compact spherical模型、Radiative transfer模型等。Allen等人提出可以描述光線在致密葉片 內(nèi)部的傳輸過程的PLATE模型，PLATE模型將葉片看作半透明的有均勻粗糙表面的各向同 性吸收平板，并假定光線是各向同性平行的。光線在平板內(nèi)部發(fā)生朗伯散射。光線部分反 射、部分吸收、部分透射。兩個(gè)參數(shù)是葉片折射率和葉片吸收系數(shù)。此模型已成功的用于致 密玉米葉片反射率的模擬。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提供了一種植物葉片反射光譜的背景扣除方法，以解決不同背景引起植物 葉片反射光譜偏離真實(shí)值，準(zhǔn)確率較低的問題。
[0007] 本發(fā)明所采取的技術(shù)方案為：
[0008] -種植物葉片反射光譜的背景扣除方法，包括以下步驟：
[0009] (1)選取不同的植物葉片背景，測(cè)量不同背景的反射率；
[0010] (2)將植物葉片置于不同背景上，測(cè)量不同背景下植物葉片的反射率；
[0011] (3)假設(shè)所述植物葉片為半透明狀，具有均勻粗糙的表面，葉片內(nèi)部結(jié)構(gòu)呈緊密平 板狀且無明顯分層的結(jié)構(gòu)，且光在葉片內(nèi)部只發(fā)生反射、透射和吸收作用；
[0012] 以所述背景的反射率、該背景下植物葉片的反射率為輸入變量，以空氣到植物葉 片的界面反射比、植物葉片到空氣的界面反射比和植物葉片的透射系數(shù)為輸出變量，建立 BPLT模型，如式（1)所示：
[0013]

【權(quán)利要求】
1. 一種植物葉片反射光譜的背景扣除方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 選取不同的植物葉片背景，測(cè)量不同背景的反射率； (2) 將植物葉片置于不同背景上，測(cè)量不同背景下植物葉片的反射率； (3) 假設(shè)所述植物葉片為半透明狀，具有均勻粗糙的表面，葉片內(nèi)部結(jié)構(gòu)呈緊密平板狀 且無明顯分層的結(jié)構(gòu)，且光在葉片內(nèi)部只發(fā)生反射、透射和吸收作用； 以所述背景的反射率、該背景下植物葉片的反射率為輸入變量，以空氣到植物葉片的 界面反射比、植物葉片到空氣的界面反射比和植物葉片的透射系數(shù)為輸出變量，建立BPLT 模型，如式⑴所示： i?0=i?12+(l-/?Ι2)*〇-Α)*Γ2% + 4*Γ2)*(?+σ*(1-i?12)*(卜 i?21)) ( 1 ) 其中，σ為背景的反射率，R(1為該背景下植物葉片的反射率，R12為空氣到植物葉片的 界面反射比，R21為植物葉片到空氣的界面反射比，τ為植物葉片的透射系數(shù)； (4) 以所述BPLT模型的輸出變量為輸入變量，背景扣除后的植物葉片的反射率為輸出 變量，建立植物葉片反射光譜的背景扣除公式，如式（2)所示： i?-/?l2+(l-/?l2)^(l-/?2l)^r2^(l + /?^r2)^2l ( 2 ) 其中，R為背景扣除后的植物葉片的反射率； (5) 任選3種或3種以上不同背景的反射率〇、對(duì)應(yīng)背景下植物葉片的反射率&作為 BPLT模型的輸入變量，求得BPLT模型的輸出變量R12、R21和τ的值，將R12、R 21和τ帶入 式（2)，即可得到背景扣除后的植物葉片的反射率。
2. 如權(quán)利要求1所述的植物葉片反射光譜的背景扣除方法，其特征在于，建立BPLT模 型時(shí)，假設(shè)條件為： 測(cè)量反射率時(shí)，假設(shè)入射光線為平行的各向同性光，即入射光線是各向同性平行的； 假設(shè)空氣和植物葉片的界面、空氣與背景材料的界面均為朗伯表面，在任意發(fā)射方向 上輻射亮度不變； 假設(shè)光在植物葉片上下表面只發(fā)生反射和透射現(xiàn)象。
3. 如權(quán)利要求1所述的植物葉片反射光譜的背景扣除方法，其特征在于，所述測(cè)量植 物葉片的反射率的光的波長(zhǎng)范圍為400-1000nm。
4. 如權(quán)利要求1所述的植物葉片反射光譜的背景扣除方法，其特征在于，所述的方法 中步驟（5)得到背景扣除后的植物葉片的反射率后，將反射率最低且穩(wěn)定的背景&和建模 所得的R值進(jìn)行比較，計(jì)算確定系數(shù)和殘差平方和。
5. 如權(quán)利要求4所述的植物葉片反射光譜的背景扣除方法，其特征在于，所述的反演 的確定系數(shù)DC>0. 90且殘差平方和SSE〈1時(shí)，進(jìn)行反演。
【文檔編號(hào)】G01N21/25GK104237140SQ201410476452
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月18日
【發(fā)明者】方慧, 張暢, 何勇, 劉飛 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)