一种融合太阳光晕抑制的便携式作物叶面积指数估计方法及系统

本发明涉及农业信息感知与作物冠层光学测量，尤其涉及一种融合太阳光晕抑制的便携式作物叶面积指数估计方法及系统。

背景技术：

1、作物叶面积指数是表征植被冠层结构与群体生长状态的核心生物物理参数。目前，利用便携式鱼眼成像设备仰视采集作物冠层的原始半球图像，经过阈值分割获取局部间隙率，并代入辐射透射积分模型进行参数反演，是野外获取作物叶面积指数的主流无损测量手段。

2、然而，在自然光照条件下的户外高通量调查作业中，测量设备完全暴露于多变的自然光场，存在如下突出技术缺陷：强烈的太阳光线直射大视场鱼眼镜头会造成图像传感器局部像元严重满阱溢出，在半球图像中形成大面积的高亮太阳光晕污染，该高亮耀斑会彻底淹没该区域内真实的植物几何边缘导致分割算法失效；为规避该问题，传统的便携式测量手段大多采用外置机械遮挡盖或遮光伞来强制规避太阳直射光，由于机械遮盖物的位置固定且面积庞大，其在遮挡太阳的同时会盲目覆盖周边大量未受污染的有效健康视场，这种粗暴的物理切除手段破坏了天顶角环域采样的完整度与空间拓扑连续性，造成有效孔隙数据的永久性丢失，最终导致代入辐射透射积分模型反演输出的作物叶面积指数产生极大的数值误差。

技术实现思路

1、为了弥补以上不足，本发明提供了一种融合太阳光晕抑制的便携式作物叶面积指数估计方法及系统，旨在改善了传统的叶面积测量大多采用机械遮光构件，由于固定遮挡破坏了冠层视场连续性，从而造成有效数据丢失与评估失真的问题。

2、第一方面，本发明提供了如下技术方案，一种融合太阳光晕抑制的便携式作物叶面积指数估计方法，包括以下步骤：

3、s1、在测量装置的鱼眼成像单元入射光路中设置窄带滤光片，将图像传感器设为高动态范围成像模式；

4、s2、采集作物冠层的原始半球图像，并获取采集时刻的时间、地理位置与设备姿态信息；

5、s3、基于所述时间与地理位置信息解算太阳空间方位，结合所述设备姿态信息与鱼眼投影模型映射至鱼眼图像平面，获得太阳投影中心；

6、s4、以所述太阳投影中心为约束在所述原始半球图像中提取高亮连通区域生成污染掩膜，划分出受污染像元与有效像元；

7、s5、将所述原始半球图像划分为多个天顶角环域，统计各所述天顶角环域内的所述有效像元计算局部间隙率；对存在所述污染掩膜遮挡的所述天顶角环域，利用未遮挡区域或相邻环域间隙率进行补偿，获得各所述天顶角环域的完整间隙率；

8、s6、将各所述天顶角环域的所述完整间隙率代入辐射透射积分模型，反演输出作物叶面积指数。

9、通过采用上述技术方案，前端光学滤光结合多源时空定位提取污染掩膜并补偿缺损环域，进而精准重构完整间隙率，从而改善了传统的叶面积测量大多采用机械遮光构件，由于固定遮挡破坏了冠层视场连续性，从而造成有效数据丢失与评估失真的问题。

10、第二方面，本发明提供以下技术方案，一种融合太阳光晕抑制的便携式作物叶面积指数估计系统，包括以下模块：

11、成像链路配置模块，用于在测量装置的鱼眼成像单元入射光路中设置窄带滤光片，将图像传感器设为高动态范围成像模式；

12、多源数据采集模块，用于采集作物冠层的原始半球图像，并获取采集时刻的时间、地理位置与设备姿态信息；

13、太阳投影解算模块，用于基于所述时间与地理位置信息解算太阳空间方位，结合所述设备姿态信息与鱼眼投影模型映射至鱼眼图像平面，获得太阳投影中心；

14、污染掩膜生成模块，用于以所述太阳投影中心为约束在所述原始半球图像中提取高亮连通区域生成污染掩膜，划分出受污染像元与有效像元；

15、间隙率统计与补偿模块，用于将所述原始半球图像划分为多个天顶角环域，统计各所述天顶角环域内的所述有效像元计算局部间隙率；对存在所述污染掩膜遮挡的所述天顶角环域，利用未遮挡区域或相邻环域间隙率进行补偿，获得各所述天顶角环域的完整间隙率；

16、叶面积指数反演模块，用于将各所述天顶角环域的所述完整间隙率代入辐射透射积分模型，反演输出作物叶面积指数。

17、本发明具有如下有益效果：

18、1、本发明中，通过前端光学滤光结合多源时空定位提取污染掩膜并补偿缺损环域，进而精准重构完整间隙率，从而改善了传统的叶面积测量大多采用机械遮光构件，由于固定遮挡破坏了冠层视场连续性，从而造成有效数据丢失与评估失真的问题。

19、2、本发明中，通过提取姿态变化量结合拉普拉斯方差与饱和像元比例进行样本筛选，进而剔除动态畸变与失焦模糊图像，从而改善了传统的图像质控大多采用人工目视甄别，由于肉眼难以量化微小光电畸变，从而造成透射反演出现底层数据误差的问题。

20、3、本发明中，通过太阳定位点提取高亮连通域并执行形态学膨胀生成污染掩膜，进而动态包裹光斑漫射的拖尾边界，从而改善了传统的图像过曝处理大多采用单一亮度全局切割，由于固定参数难以兼容非线性衰减的光晕边缘，从而造成太阳耀斑干扰源剥离不彻底的问题。

1.一种融合太阳光晕抑制的便携式作物叶面积指数估计方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种融合太阳光晕抑制的便携式作物叶面积指数估计方法，其特征在于，在s1中，所述在测量装置的鱼眼成像单元入射光路中设置窄带滤光片，将图像传感器设为高动态范围成像模式包括：

3.根据权利要求1所述的一种融合太阳光晕抑制的便携式作物叶面积指数估计方法，其特征在于，在s2中，所述获取采集时刻的时间、地理位置与设备姿态信息之后，还包括：

4.根据权利要求1所述的一种融合太阳光晕抑制的便携式作物叶面积指数估计方法，其特征在于，在s3中，所述基于所述时间与地理位置信息解算太阳空间方位，结合所述设备姿态信息与鱼眼投影模型映射至鱼眼图像平面，获得太阳投影中心包括：

5.根据权利要求1所述的一种融合太阳光晕抑制的便携式作物叶面积指数估计方法，其特征在于，在s4中，所述以所述太阳投影中心为约束在所述原始半球图像中提取高亮连通区域生成污染掩膜，划分出受污染像元与有效像元包括：

6.根据权利要求1所述的一种融合太阳光晕抑制的便携式作物叶面积指数估计方法，其特征在于，在s5中，所述将所述原始半球图像划分为多个天顶角环域，统计各所述天顶角环域内的所述有效像元计算局部间隙率包括：

7.根据权利要求1所述的一种融合太阳光晕抑制的便携式作物叶面积指数估计方法，其特征在于，在s5中，所述对存在所述污染掩膜遮挡的所述天顶角环域，利用未遮挡区域或相邻环域间隙率进行补偿，获得各所述天顶角环域的完整间隙率包括：

8.根据权利要求1所述的一种融合太阳光晕抑制的便携式作物叶面积指数估计方法，其特征在于，在s6中，所述将各所述天顶角环域的所述完整间隙率代入辐射透射积分模型，反演输出作物叶面积指数包括：

9.根据权利要求1所述的一种融合太阳光晕抑制的便携式作物叶面积指数估计方法，其特征在于，在s6中，所述反演输出作物叶面积指数之后还包括：

10.一种融合太阳光晕抑制的便携式作物叶面积指数估计系统，用于执行如权利要求1至9中任意一项所述的一种融合太阳光晕抑制的便携式作物叶面积指数估计方法，其特征在于，包括以下模块：