紫玉米葉片花色苷含量的測量方法及系統(tǒng)技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種紫玉米葉片花色苷含量的測量方法及系統(tǒng)，該方法包括：采集樣本中紫玉米父本葉片在不同波長時對應(yīng)的第一高光譜反射率，采集樣本中第一代紫玉米葉片在不同波長時對應(yīng)的第二高光譜反射率；測定第一代紫玉米葉片的花色苷含量；對第一高光譜反射率和第二高光譜反射率進(jìn)行加成運算；確定運算結(jié)果對應(yīng)的相關(guān)性曲線中，相關(guān)性最強(qiáng)時所對應(yīng)的波長為敏感波長；根據(jù)花色苷含量、敏感波長和敏感波長所對應(yīng)的加成高光譜反射率，建立花色苷含量測試模型，由于建模所采用的數(shù)據(jù)是：敏感波長、敏感波長對應(yīng)的加成高光譜反射率和第一代紫玉米葉片花色苷含量，因此，該方式建模測得的花色苷的含量更加準(zhǔn)確。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，尤其涉及一種紫玉米花葉片花色苷含量的測量方法及系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
紫玉米是一種來源于美洲安第斯山脈的古老玉米品種，與傳統(tǒng)玉米不同，紫玉米收獲的內(nèi)容包括紫玉米籽粒和葉片。紫玉米的葉片和籽粒上均呈現(xiàn)紫色，而這種鮮艷的顏色是由一類稱為花色苷類的物質(zhì)所呈現(xiàn)。目前常用的一種檢測花色苷含量的方法是高光譜法，該方法通過對樣品高光譜數(shù)據(jù)的反演，計算花色苷含量，屬于快速、無損檢測方法，結(jié)合遙感技術(shù)可以在大尺度范圍內(nèi)對紫玉米采收進(jìn)行決策。但是，這種高光譜建模的精度都比較低，測得花色苷含量不準(zhǔn)確。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)提供一種紫玉米葉片花色苷含量的測量方法及系統(tǒng)，用以解決現(xiàn)有模型測量花色苷含量不準(zhǔn)確的問題。本專利技術(shù)一方面是提供了一種紫玉米葉片花色苷含量的測量方法，包括：采集樣本中紫玉米父本葉片在不同波長時對應(yīng)的第一高光譜反射率，采集樣本中第一代紫玉米葉片在不同波長時對應(yīng)的第二高光譜反射率；測定所述第一代紫玉米葉片的花色苷含量；對所述第一高光譜反射率和所述第二高光譜反射率進(jìn)行加成運算，獲得對應(yīng)的加成高光譜反射率；對所述加成高光譜反射率進(jìn)行多種反演運算，獲得各反演運算結(jié)果；分別確定所述各反演運算結(jié)果與所述花色苷含量的相關(guān)性曲線；從所述各反演運算結(jié)果中選擇具有最強(qiáng)相關(guān)性的目標(biāo)反演運算結(jié)果；確定所述目標(biāo)反演運算結(jié)果對應(yīng)的相關(guān)性曲線中，相關(guān)性最強(qiáng)時所對應(yīng)的波長為敏感波長；根據(jù)所述花色苷含量、所述敏感波長和所述敏感波長所對應(yīng)的加成高光譜反射率，建立花色苷含量測試模型，并采用所述花色苷含量測試模型測量待測試紫玉米葉片的花色苷含量。本專利技術(shù)另一方面提供了一種紫玉米葉片花色苷含量的測量系統(tǒng)，包括：采集裝置、第一測量裝置、模型建立裝置和第二測量裝置；所述采集裝置包括：第一采集模塊，所述模型建立裝置包括：第一運算模塊、第二運算模塊、確定模塊、建模模塊，其中，所述第一采集模塊，用于采集樣本中紫玉米父本葉片在不同波長時對應(yīng)的第一高光譜反射率，采集樣本中第一代紫玉米葉片在不同波長時對應(yīng)的第二高光譜反射率；所述第一測量裝置，用于測定所述第一代紫玉米葉片的花色苷含量；所述第一運算模塊，用于對所述第一高光譜反射率和所述第二高光譜反射率進(jìn)行加成運算，獲得對應(yīng)的加成高光譜反射率；所述第二運算模塊，用于對所述加成高光譜反射率進(jìn)行多種反演運算，獲得各反演運算結(jié)果；分別確定所述各反演運算結(jié)果與所述花色苷含量的相關(guān)性曲線；從所述各反演運算結(jié)果中選擇具有最強(qiáng)相關(guān)性的目標(biāo)反演運算結(jié)果；所述確定模塊，用于確定所述目標(biāo)反演運算結(jié)果對應(yīng)的相關(guān)性曲線中，相關(guān)性最強(qiáng)時所對應(yīng)的波長為敏感波長；所述建模模塊，用于根據(jù)所述花色苷含量、所述敏感波長和所述敏感波長所對應(yīng)的加成高光譜反射率，建立花色苷含量測試模型；所述第二測量裝置，用于采用所述花色苷含量測試模型測量待測試紫玉米葉片的花色苷含量。本專利技術(shù)提供的紫玉米葉片花色苷含量的測量方法及系統(tǒng)，通過對第一高光譜反射率和第二高光譜反射率加成運算，將加成運算后的結(jié)果進(jìn)行反演運算，根據(jù)反演運算的結(jié)果與花色苷含量的波長的相關(guān)性確定敏感波長。根據(jù)敏感波長、敏感波長對應(yīng)的加成高光譜反射率和第一代紫玉米葉片花色苷含量進(jìn)行建模，由于建模所采用的數(shù)據(jù)是：敏感波長、敏感波長對應(yīng)的加成高光譜反射率和第一代紫玉米葉片花色苷含量，因此，這種方式建模測得的花色苷的含量更加準(zhǔn)確。附圖說明圖1為本專利技術(shù)實施例一提供的紫玉米葉片花色苷含量的測量方法的流程示意圖；圖2為本專利技術(shù)實施例一中評價第二曲線與第一曲線相關(guān)性的示意圖；圖3為本專利技術(shù)實施例一中反演運算后不同波長所對應(yīng)相關(guān)性系數(shù)的曲線圖；圖4為本專利技術(shù)實施例二提供的紫玉米葉片花色苷含量的測量方法的流程示意圖；圖5為本專利技術(shù)實施例三提供的紫玉米葉片花色苷含量的測量方法的流程示意圖；圖6為本專利技術(shù)實施例三提供的紫玉米葉片的花色苷含量與紫玉米籽粒的花色苷含量的關(guān)系圖；圖7為本專利技術(shù)實施例四提供的紫玉米葉片花色苷含量的測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為本專利技術(shù)實施例五提供的紫玉米葉片花色苷含量的測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為本專利技術(shù)實施例六提供的紫玉米葉片花色苷含量的測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實施方式為使本專利技術(shù)實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本專利技術(shù)實施例中的附圖，對本專利技術(shù)實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本專利技術(shù)一部分實施例，而不是全部的實施例。實施例一圖1為本專利技術(shù)實施例一提供的紫玉米葉片花色苷含量的測量方法的流程示意圖。如圖1所示，該紫玉米葉片花色苷含量的測量方法包括如下步驟：101、采集樣本中紫玉米父本葉片在不同波長時對應(yīng)的第一高光譜反射率，采集樣本中第一代紫玉米葉片在不同波長時對應(yīng)的第二高光譜反射率。在紫玉米播種若干天后，采集紫玉米父本和第一代紫玉米的葉片各若干份，作
為樣本。從紫玉米父本葉片中采集每個樣本不同波長所對應(yīng)的高光譜反射率，將不同波長所對應(yīng)的高光譜反射率稱為第一高光譜反射率。從第一代紫玉米葉片中采集每個樣本不同波長所對應(yīng)的高光譜反射率，將不同波長所對應(yīng)的高光譜反射率的稱為第二高光譜反射率。其中，采集的波長范圍為：350nm到2500nm，波長間隔1nm。102、測定第一代紫玉米葉片的花色苷含量；將采集的樣本中第一代紫玉米葉片通過氫離子活度指數(shù)(Pouvoir Hydrogène，PH)示差法測定樣品花色苷含量，即通過化學(xué)方式中的PH示差法來測定第一代紫玉米葉片的花色苷含量。103、對第一高光譜反射率和第二高光譜反射率進(jìn)行加成運算，獲得對應(yīng)的加成高光譜反射率。對第一高光譜反射率和第二高光譜反射率進(jìn)行的加成運算，該加成運算包括：將相同波長對應(yīng)的第一高光譜反射率和第二高光譜反射率相加、相減、相乘、相除中的至少兩種運算，具體包括：P父本+PF1、P父本-PF1、P父本×PF1、P父本÷PF1，其中，P父本為在不同波長情況的第一高光譜反射率；PF1為在對應(yīng)的不同波長情況的第二高光譜反射率。根據(jù)每種加成運算后的高光譜反射率與第一代紫玉米葉片的花色苷含量的相關(guān)性，確定目標(biāo)加成運算，目標(biāo)加成運算后的高光譜反射率與第一代紫玉米葉片的花色苷含量的相關(guān)性最高。具體為，根據(jù)第一代紫玉米葉片中每個樣本所對應(yīng)的花色苷含量繪制第一曲線；根據(jù)任一種加成運算中相同波長所對應(yīng)的高光譜反射率繪制多條第二曲線；評價第二曲線與第一曲線的相關(guān)性，將相關(guān)性評價最高的加成運算確定為目標(biāo)加成運算。上述的相關(guān)性具體指，在第一曲線不變的情況下，第二曲線隨著第一曲線增加而增加或隨著減少而減少，則說明第二曲線與第一曲線具有相關(guān)性；第二曲線增加或減少的幅度與第一曲線增加或減少的幅度越相近，則說明相關(guān)性越高。圖2為本專利技術(shù)實施例一中評價第二曲線與第一曲線相關(guān)性的示意圖。如圖2所示，本實施例中，圖2中的a圖為根據(jù)樣本中不同的第一代紫玉米葉片測定的花色苷含量，從而繪制的第一曲線示意圖；b圖、c圖、d圖和e圖均為通過不同加成運算后，在某波長情況下不同樣本所對應(yīng)的高光譜反射率的第二曲線示意圖；其中，b圖為相加運算后波長為800nm時，根據(jù)不同的樣本所測定的高光譜反射率，從而繪制的曲線示意圖；c圖為相減運算后波長為802nm時，根據(jù)不同的樣本所測定的
高光譜反射率，從而繪制的曲線示意圖；d圖為相乘運算后波長為1002nm時，根據(jù)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種紫玉米葉片花色苷含量的測量方法，其特征在于，包括：采集樣本中紫玉米父本葉片在不同波長時對應(yīng)的第一高光譜反射率，采集樣本中第一代紫玉米葉片在不同波長時對應(yīng)的第二高光譜反射率；測定所述第一代紫玉米葉片的花色苷含量；對所述第一高光譜反射率和所述第二高光譜反射率進(jìn)行加成運算，獲得對應(yīng)的加成高光譜反射率；對所述加成高光譜反射率進(jìn)行多種反演運算，獲得各反演運算結(jié)果；分別確定所述各反演運算結(jié)果與所述花色苷含量的相關(guān)性曲線；從所述各反演運算結(jié)果中選擇具有最強(qiáng)相關(guān)性的目標(biāo)反演運算結(jié)果；確定所述目標(biāo)反演運算結(jié)果對應(yīng)的相關(guān)性曲線中，相關(guān)性最強(qiáng)時所對應(yīng)的波長為敏感波長；根據(jù)所述花色苷含量、所述敏感波長和所述敏感波長所對應(yīng)的加成高光譜反射率，建立花色苷含量測試模型，并采用所述花色苷含量測試模型測量待測試紫玉米葉片的花色苷含量。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種紫玉米葉片花色苷含量的測量方法，其特征在于，包括：采集樣本中紫玉米父本葉片在不同波長時對應(yīng)的第一高光譜反射率，采集樣本中第一代紫玉米葉片在不同波長時對應(yīng)的第二高光譜反射率；測定所述第一代紫玉米葉片的花色苷含量；對所述第一高光譜反射率和所述第二高光譜反射率進(jìn)行加成運算，獲得對應(yīng)的加成高光譜反射率；對所述加成高光譜反射率進(jìn)行多種反演運算，獲得各反演運算結(jié)果；分別確定所述各反演運算結(jié)果與所述花色苷含量的相關(guān)性曲線；從所述各反演運算結(jié)果中選擇具有最強(qiáng)相關(guān)性的目標(biāo)反演運算結(jié)果；確定所述目標(biāo)反演運算結(jié)果對應(yīng)的相關(guān)性曲線中，相關(guān)性最強(qiáng)時所對應(yīng)的波長為敏感波長；根據(jù)所述花色苷含量、所述敏感波長和所述敏感波長所對應(yīng)的加成高光譜反射率，建立花色苷含量測試模型，并采用所述花色苷含量測試模型測量待測試紫玉米葉片的花色苷含量。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的花色苷含量的測量方法，其特征在于，所述采用所述花色苷含量測試模型測量待測試紫玉米葉片的花色苷含量，包括：采集待測試紫玉米葉片在所述敏感波長的高光譜反射率；將所述待測試紫玉米葉片對應(yīng)的所述高光譜反射率輸入所述花色苷含量測試模型中，輸出得到所述待測試紫玉米葉片的花色苷含量。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的花色苷含量的測量方法，其特征在于，所述對所述第一高光譜反射率和所述第二高光譜反射率進(jìn)行加成運算，獲得對應(yīng)的加成高光譜反射率，包括：對所述第一高光譜反射率和所述第二高光譜反射率進(jìn)行如下幾種加成運算中的至少兩種運算：相加、相減、相乘、相除；根據(jù)每種加成運算后的高光譜反射率與所述第一代紫玉米葉片的花色苷含量的相關(guān)性，確定目標(biāo)加成運算，所述目標(biāo)加成運算后的高光譜反射率與所述第一代紫玉米葉片的花色苷含量的相關(guān)性最高；所述對所述加成高光譜反射率進(jìn)行多種反演運算，獲得各反演運算結(jié)果，包括：對所述目標(biāo)加成運算后高光譜反射率進(jìn)行多種反演運算，獲得各反演運算結(jié)果。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的花色苷含量的測量方法，其特征在于，所述反演運算包括如下運算方式中的至少兩種：倒數(shù)、對數(shù)、對數(shù)的倒數(shù)、一階微分、倒數(shù)的一階微分、對數(shù)的一階微分、對數(shù)的倒數(shù)的一階微分。5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的花色苷含量的測量方法，其特征在于，建立花色苷含量測試模型之后，還包括：采集待驗證紫玉米葉片在所述敏感波長的高光譜反射率；測定所述待驗證紫玉米葉片的花色苷含量；將所述待驗證紫玉米葉片對應(yīng)的所述高光譜反射率輸入所述花色苷含量測試模型，輸出對應(yīng)的花色苷含量；根據(jù)所述輸出的花色苷含量與測定的所述待驗證紫玉米葉片的花色苷含量間的差異程度，確定花色苷含量測試模型的正確性。...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張超，趙曉燕，馬越，王丹，
申請(專利權(quán))人：北京市農(nóng)林科學(xué)院，
類型：發(fā)明
國別省市：北京;11