玉米葉片的光學(xué)特性獲取與分析.pdf

1、應(yīng)用遙感技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)獲取植物的生長信息、監(jiān)測植物的生長狀況，已成為現(xiàn)代精細(xì)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中一個重要環(huán)節(jié)。葉片是植物進(jìn)行光合作用的重要器官，植物對水分、養(yǎng)分的吸收與葉片結(jié)構(gòu)、生物量、色素等密切相關(guān)。葉片光學(xué)特性的表征受水分、養(yǎng)分利用率，環(huán)境脅迫下的自適應(yīng)等外界條件的影響。因此，測定葉片半球的光學(xué)特性，準(zhǔn)確、高效地表征作物生長參數(shù)，進(jìn)行定量分析，在植被遙感研究與應(yīng)用中有著極大的優(yōu)勢。本文以玉米葉片作為試驗(yàn)對象，應(yīng)用光學(xué)原理和模型，基于自主研發(fā)

2、光學(xué)特性采集平臺，優(yōu)化了試驗(yàn)條件。重點(diǎn)研究了不同背景下玉米葉片反射光譜的扣除方法，利用漫反射標(biāo)準(zhǔn)板的分布規(guī)律校正了試驗(yàn)誤差，實(shí)現(xiàn)了氮素脅迫下玉米葉片多角度多方位半球反射分布特性的模擬。研究的主要成果有:
　　(1)分析背景因素對玉米葉片光學(xué)特性的影響。基于4點(diǎn)假設(shè)，首次提出了BPLT(Background-Plate)模型。在背景材料中選取3種背景作為一組輸入，對不同葉綠素濃度的60組玉米葉片進(jìn)行同樣的4組平行處理。結(jié)果表明:確定

3、系數(shù)(DC)大于0.68，誤差離差平方和（SSE）小于7.5的玉米葉片背景處理組適用于BPLT模型;較高葉綠素濃度對背景扣除效果好，穩(wěn)定性高;4種平行處理，尤以T-K-B背景組(Rb)扣除的效果最為穩(wěn)定。結(jié)合葉綠素指數(shù)、方差分析法對模型進(jìn)行驗(yàn)證，優(yōu)選5種葉綠素指數(shù)NDI，NDVI，SAVI，OSAVI，ARVI，作為衡量背景單因素BPLT模型扣除效果的指標(biāo);優(yōu)選指數(shù)PSSR作為衡量背景、葉綠素濃度二因素BPLT模型扣除效果的指標(biāo)。

4、>　　(2)基于Spectralon板（S板）近似Lambertian體的光學(xué)特性，針對實(shí)驗(yàn)室自主設(shè)計(jì)的植物三維漫反射輻射儀平臺進(jìn)行校正。以光學(xué)模型雙向反射分布函數(shù)（BRDF，fr）、定向半球反射因子(DHRF，ρ)為基礎(chǔ)，將試驗(yàn)采集數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成fr最終表達(dá)式的一部分。確定了探測器最佳天頂角θr,degre=30°，其殘差平方和（Rss）平均值為0.046。建立了不同光源入射角下的探測器天頂角（X，rad）與比例系數(shù)(Y)的余弦函數(shù)關(guān)系式

5、，并簡化了fr,leaf的最終表達(dá)式。上式的推導(dǎo)，避免了光纖擾動的影響，減少實(shí)驗(yàn)室S板重復(fù)測量次數(shù)，極大縮短了試驗(yàn)時(shí)間。
　　(3)研究氮素脅迫下玉米葉片雙向反射分布函數(shù)fr,leaf的變化規(guī)律。研發(fā)了基于Matlab GUI界面的玉米葉片BRDF光學(xué)特性數(shù)據(jù)處理平臺，主要包括數(shù)據(jù)導(dǎo)入、數(shù)據(jù)的存放、BRDF的計(jì)算、繪圖四個部分，提高了數(shù)據(jù)批量處理的效率。繪制不同波段、不同光源位置、不同方位、不同氮素脅迫的玉米葉片雙向反射分布函數(shù)圖