本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于移動(dòng)設(shè)備的作物水分虧缺診斷方法。
背景技術(shù)：
紅外熱成像技術(shù)是一項(xiàng)新型機(jī)器視覺技術(shù)。該技術(shù)研究紅外輻射的發(fā)射傳輸及接收的原理和規(guī)律，通過(guò)轉(zhuǎn)換和處理接收到的紅外信息，運(yùn)用景物自身各部分輻射的差異獲得圖像的細(xì)節(jié)。熱成像技術(shù)通過(guò)對(duì)事物進(jìn)行成像，能夠從另一個(gè)角度觀察到事物的自身的變化。該技術(shù)之前多用于軍事及工業(yè)上。隨著熱成像技術(shù)的發(fā)展及精度的提高，以及紅外熱成像技術(shù)具有受環(huán)境影響小、能準(zhǔn)確反映區(qū)域溫度等優(yōu)點(diǎn)，目前國(guó)內(nèi)外越來(lái)越多的學(xué)者將熱成像技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。目前，紅外熱成像技術(shù)在作物檢測(cè)方面的研究主要包括病害脅迫、水分脅迫以及凍害脅迫檢測(cè)。
植物的長(zhǎng)勢(shì)對(duì)水分極為敏銳，微小的水分脅迫即能抑制作物的生長(zhǎng)發(fā)育，影響其生長(zhǎng)速度。而冠層溫度直接反映了作物對(duì)土壤中水分的要求。紅外熱成像技術(shù)，可以用另一個(gè)角度，在肉眼可見前，觀察到植物的水分脅迫情況，為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)在作物灌溉方面提供可靠指標(biāo)，指導(dǎo)種植者及時(shí)、快速地做好灌溉措施。目前基于作物冠層紅外圖像的水分虧缺診斷技術(shù)，主要通過(guò)手持或無(wú)人機(jī)等平臺(tái)上的紅外相機(jī)先拍攝紅外圖像，再通過(guò)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)上專用的軟件對(duì)上訴圖形進(jìn)行處理得出拍攝區(qū)域的水分虧缺狀態(tài)，此類方法從拍攝圖像到得出結(jié)論中間需要一段時(shí)間，難以在拍攝場(chǎng)地實(shí)時(shí)獲取作物水分虧缺狀態(tài)。而隨著適用于智能手機(jī)的外接紅外攝像頭問世，可以克服這一技術(shù)的上述缺點(diǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種便攜、診斷迅速、準(zhǔn)確可靠的基于移動(dòng)設(shè)備的作物水分虧缺診斷方法。
技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的一種基于移動(dòng)設(shè)備的作物水分虧缺診斷方法，包括步驟：
（1）在田間設(shè)置輔助裝置，即田間空氣溫度計(jì)和地面充分蒸發(fā)參考面；
（2）在移動(dòng)設(shè)備上安裝專用紅外攝像頭；
（3）在需要診斷的田塊內(nèi)放入地面充分蒸發(fā)參考面，使用紅外攝像頭對(duì)需要診斷的田塊進(jìn)行拍照，同時(shí)記錄下該區(qū)域的空氣溫度計(jì)讀數(shù)；
（4）使用紅外攝像頭對(duì)目標(biāo)區(qū)域附近的地面充分蒸發(fā)參考面拍照；
（5）在移動(dòng)設(shè)備的專用app上輸入溫度計(jì)讀取的溫度，導(dǎo)入目標(biāo)區(qū)域紅外圖像以及地面充分蒸發(fā)參考面紅外圖像；
（6）app根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)及導(dǎo)入的圖像，自動(dòng)運(yùn)行得出拍攝的目標(biāo)區(qū)域內(nèi)水分虧缺分布圖，對(duì)作物水分虧缺指數(shù)值高于臨界值的區(qū)域進(jìn)行高亮顯示預(yù)警。
作為優(yōu)選，所述地面充分蒸發(fā)參考面設(shè)計(jì)如下：選擇一個(gè)直徑15cmm，深度10cm的圓柱形水盆，水盆內(nèi)加入適量水備用，5cm厚發(fā)泡聚苯乙烯板漂浮于水中完全覆蓋水面，聚苯乙烯板上面覆蓋一層2mm厚的白色吸水無(wú)紡布，無(wú)紡布外面包裹2層吸水性膠黏纖維布，無(wú)紡布和纖維布的四周均浸入水中，使無(wú)紡布和纖維布一直處于全蒸發(fā)狀態(tài)以代替水的蒸發(fā)。
作為優(yōu)選，所述app的核心算法為：對(duì)所拍圖像進(jìn)行圖像分割，區(qū)分冠層、背景，從冠層圖像讀取得到冠層溫度平面分布，從地面充分蒸發(fā)參考面紅外圖像得到地面充分蒸發(fā)參考面溫度，然后結(jié)合田間空氣溫度計(jì)監(jiān)測(cè)的空氣溫度數(shù)據(jù)，估算作物氣孔完全關(guān)閉時(shí)的葉片溫度，最后計(jì)算作物水分虧缺指數(shù)，將作物水分虧缺指數(shù)展示在作物冠層圖上，對(duì)作物水分虧缺指數(shù)值高于臨界值的區(qū)域進(jìn)行高亮顯示預(yù)警。
作為優(yōu)選，所述作物水分虧缺指數(shù)cwsi的計(jì)算公式為：
cwsi＝(tc-tw)/(td-tw)
式中，tc為冠層溫度，tw為地面充分蒸發(fā)參考面溫度，td＝ta+5為作物氣孔完全關(guān)閉時(shí)的葉片溫度，ta為測(cè)試干球溫度，即田間空氣溫度。
有益效果：本發(fā)明一種基于移動(dòng)設(shè)備的作物水分虧缺診斷方法，充分利用移動(dòng)設(shè)備便攜、具有數(shù)據(jù)處理能力、拍照范圍較大的特點(diǎn)，結(jié)合適用于移動(dòng)設(shè)備的紅外攝像頭，可拍攝較大范圍的作物，并讀取其冠層溫度，結(jié)合從充分蒸發(fā)參考面紅外圖像獲取的溫度與地面觀測(cè)同步測(cè)定的大氣溫度，直接計(jì)算作物水分虧缺指數(shù)，得到作物水分虧缺指數(shù)的空間分布信息，適用于個(gè)體戶農(nóng)民對(duì)較大面積的農(nóng)田作物水分狀態(tài)監(jiān)測(cè)，有利于實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)灌溉，提高農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平。
附圖說(shuō)明
圖1是本發(fā)明的實(shí)施例的流程圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例：本實(shí)施例的一種基于移動(dòng)設(shè)備的作物水分虧缺診斷方法，包括步驟：
（1）在田間設(shè)置輔助裝置，即田間空氣溫度計(jì)和地面充分蒸發(fā)參考面；
（2）在移動(dòng)設(shè)備上安裝專用紅外攝像頭；
（3）在需要診斷的田塊內(nèi)放入地面充分蒸發(fā)參考面，使用紅外攝像頭對(duì)需要診斷的田塊進(jìn)行拍照，同時(shí)記錄下該區(qū)域的空氣溫度計(jì)讀數(shù)；
（4）使用紅外攝像頭對(duì)目標(biāo)區(qū)域附近的地面充分蒸發(fā)參考面拍照；
（5）在移動(dòng)設(shè)備的專用app上輸入溫度計(jì)讀取的溫度，導(dǎo)入目標(biāo)區(qū)域紅外圖像以及地面充分蒸發(fā)參考面紅外圖像；
（6）app根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)及導(dǎo)入的圖像，自動(dòng)運(yùn)行得出拍攝的目標(biāo)區(qū)域內(nèi)水分虧缺分布圖，對(duì)作物水分虧缺指數(shù)值高于臨界值的區(qū)域進(jìn)行高亮顯示預(yù)警。
田間輔助裝置布置中，所述地面充分蒸發(fā)參考面設(shè)計(jì)如下：選擇一個(gè)直徑15cm，深度10cm的圓柱形水盆，水盆內(nèi)加入適量水備用，5cm厚發(fā)泡聚苯乙烯板漂浮于水中完全覆蓋水面，聚苯乙烯板上面覆蓋一層2mm厚的白色吸水無(wú)紡布，無(wú)紡布外面包裹2層吸水性膠黏纖維布，無(wú)紡布和纖維布的四周均浸入水中，使無(wú)紡布和纖維布一直處于全蒸發(fā)狀態(tài)以代替水的蒸發(fā)?？諝鉁囟扔?jì)應(yīng)避免陽(yáng)光直射。
作物冠層紅外圖像、地面充分蒸發(fā)參考面紅外圖像導(dǎo)入app，并將田間空氣溫度輸入app后，所述app的計(jì)算步驟為：對(duì)所拍作物冠層圖像進(jìn)行圖像分割，區(qū)分冠層、背景，從冠層圖像逐點(diǎn)讀取得到冠層溫度平面分布（tc），從地面充分蒸發(fā)參考面紅外圖像得到地面充分蒸發(fā)參考面溫度（tw），然后結(jié)合田間空氣溫度計(jì)監(jiān)測(cè)的空氣溫度數(shù)據(jù)（ta），估算作物氣孔完全關(guān)閉時(shí)的葉片溫度（td=ta+5℃），最后逐點(diǎn)計(jì)算作物水分虧缺指數(shù)（cwsi），將作物水分虧缺指數(shù)通過(guò)與等級(jí)一一對(duì)應(yīng)的顏色展示在作物冠層圖上，對(duì)作物水分虧缺指數(shù)值高于臨界值的區(qū)域進(jìn)行高亮顯示預(yù)警。
所述作物水分虧缺指數(shù)cwsi的計(jì)算公式為：
cwsi＝(tc-tw)/(td-tw)
式中，tc為冠層溫度，tw為地面充分蒸發(fā)參考面溫度，td＝ta+5為作物氣孔完全關(guān)閉時(shí)的葉片溫度，ta為測(cè)試干球溫度，即田間空氣溫度。
最終通過(guò)移動(dòng)設(shè)備的顯示屏，顯示出采用不同顏色代表不同水分虧缺程度的作物冠層圖像，用戶可根據(jù)該圖像，識(shí)別田間作物缺水部分，并針對(duì)性進(jìn)行灌溉。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。