论文基于可见光和近红外反射光谱植物叶片测定是关于本文可作为可见光方面的大学硕士与本科毕业论文光谱波长分布图论文开题报告范文和职称论文论文写作参考文献下载。
摘 要：农田除草作为现代农业快速发展所面临的问题之一,一直受到广泛关注.化学除草在现今的农业生产中被广泛应用,但是农业生产中对于杂草无法实现精确的定位,粗放式的大面积喷洒除草剂不仅浪费药剂还会对生态环境产生不利影响,因此精确的杂草识别是实现精确除草的前提.一旦确定可精确识别的技术手段,对于农业、林业、园林设计等多方面的统计和除杂都有着革新的科研价值和意义.要实现精确除草,首先需要识别出特定的植物,而植物具有特定的光谱,本次课题阐述以光谱特征来识别植物叶片,进而对于植物的特定识别和植物物种间的区分有重要帮助.
关键词：植物叶片；测定
现如今的农业手段来说,农田除草的主要方法有人工除草、机械除草、杂草检疫、生物防除和化学除草等.其中,化学除草方法高效、方便,被广泛应用.粗放式的大面积喷洒除草剂不仅浪费药剂,而且会对生态环境产生影响,为此国内外都在开展精确除草方法的研究：
美国伊利诺大学在分析杂草整体分布特性的基础上,研制出可进行施用量决策并控制喷头工作的智能喷雾机,美国加利福尼亚大学戴维斯分校研制出了基于视觉导航的精确喷雾系统,该系统可识别出番茄以及生菜田中的杂草,并对杂草进行定点施药.在国内,浙江大学、中国农业大学、江苏大学等开展了杂草识别和精确除草相关的研究.南京林业大學研究了基于施药方法的玉米苗期除草机器人.
目前,杂草识别通常采用机器视觉的方法来采集和处理图像.利用颜色特征的识别手段可以区分植物和土壤,但是很难精确区分杂草和作物.近年来,光谱特征技术被用于识别杂草.
要实现精确除草,首先需要识别出特定的植物,而植物具有特定的光谱,本次课题阐述识别植物叶片的光谱特征,进而对于植物的识别和植物间的定向区分有重要帮助.
一、植物叶片测定实验
本次实验采用USB2000光纤光谱仪,光谱量程在390nm到1000nm之间,分辨率在1.5nm.实验光源选取钨灯和LED灯.
本次实验选择冬青卫矛作为实验材料,选择反枝苋作为实验中杂草进行实验.分别采集同一卫青的数片形状大小颜色无明显差异的叶片、采集同一卫青不同生长期的叶片、采集湿润新鲜的卫青叶片,在同一株卫青下,采集少量干枯叶片.将采集到的植物保存于实验室中,实验室温度为17.4℃,湿度为11.2%.
室外一天的辐射度为正午最高、日出其次、日落最低,故实验室调整数据为正午在30000lux左右,日出为10000lux左右,日落低于8000lux左右.
连接电脑和USB2000光纤光谱仪,取钨灯,将光源投射于白板,将光谱仪的探头固定于升降台上,使探头对准白板,打开spectrasuite软件,将所测得的光源光谱保存；将待测冬青叶片放置在白板,测量并保存叶片光谱数据.调整光源辐射度三次,测量不同的辐射度下所对应的冬青叶片的反射光谱,使用MATLAB软件导入数据并计算反射率.取多组叶片重复完成多次实验测量.
植物的室外光源主要来自于太阳光、月光、人造灯光等,实验中以钨灯（模拟太阳光）、LED灯为实验条件进行测定.
将钨灯换上LED灯,在相同条件下测量冬青叶片的反射光谱并保存叶片光谱数据.
使用MATLAB软件导入钨灯和LED灯数据并计算反射率.取多组叶片重复完成多次实验测量.
植物生长期不同叶片主要表现在叶绿素含量差异较大,实验中选取不同生长期的叶片（嫩绿色叶片、深绿色叶片、黄绿色叶片、淡 叶片）作为实验条件进行测定.
连接电脑和USB2000光纤光谱仪,取钨灯,保持其他设备不做改变,在相同条件下换置其他颜色的叶片测量冬青叶片的反射光谱并保存叶片光谱数据.使用MATLAB软件导入嫩绿色叶片、深绿色叶片、黄绿色叶片、淡 叶片的数据并计算反射率.取多组叶片重复完成多次实验测量.
将收集到的成熟的未经处理的冬青叶片和杂草放置于一起,且在实验之前尽量保持有着相同的条件.
连接电脑和USB2000光纤光谱仪,取钨灯,保持其他设备不做改变,在相同条件下换置杂草测量反射光谱并保存杂草光谱数据.使用MATLAB软件导入冬青叶片、杂草的数据并计算反射率.
二、实验结果
植物光谱是由植被化学和形态学特征决定的,而这种特征和植被的发育、生长环境条件密切相关.植被具有独特的叶面结构,光子和叶片的互相作用包括叶片正面光谱反射、漫反射、和来自叶片背面的透射光和散射光,还有植被光合作用下的光能吸收,本实验在实验室环境中测量,根据实验环境将其他影响极小因素忽略,只考虑植物的正面光谱的反射.
根据图1和图2实验得到,在可见光谱范围内, 550nm附近有一个波峰,两侧（470nm和670nm）处有吸收带,并且随着植被光谱吸收深度的减少,伴随着辐
射度的增强.可见光波段反射率随辐射度增强而减小.
实验测得冬青在近红外波段（760-1000）的光谱特征几乎不受辐射度变化影像.
根据图3和图4实验得到,以钨灯作为光源的冬青叶片光谱,在550nm附近有一个波峰,两侧（450nm和670nm）处有吸收带,以LED灯作为光源的冬青叶片光谱,在470nm和550附近各有一个波峰, 450nm处有明显吸收带.可以认为这是由于光源不同导致,钨灯的光谱呈现连续性而LED灯光谱不连续（有两个特征波峰）引起的.
实验测得冬青在近红外波段（760-1000）的光谱特征没有受光源因素影响.
根据图5实验得到,从叶面反射的光,在550nm附近有一个波峰,两侧（450nm和670nm）处有吸收带,并且随着植被光谱吸收深度的减少,伴随着叶绿素含量的降低.可以认为这是由于叶绿素对绿光的反射和对蓝光、红光的吸收引起的.
实验测得冬青在近红外波段（760-1000）的光谱特征为反射率急剧升高.对于同一株植物如冬青,可见光光谱特征随着叶片的新老而发生变化.
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参考文献：
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