本發明涉及作物水分脅迫檢測，尤其涉及一種溫室草莓作物水分脅迫信息檢測方法及系統。

背景技術：

1、溫室草莓是指在溫室或大棚等人工控制環境下栽培的草莓，草莓因其適應性較強，易被廣泛栽培，種植的經濟效益一直很高且比較穩定，發展優勢明顯，栽培面積呈現穩定增長態勢，草莓除生鮮食用外，還可加工成罐頭、草莓干等各類休閑食品，同時也是農旅融合發展的首選產業之一，因此具有廣闊的市場前景，草莓生產上為了提高產量，通常采用一年一栽的方式，鮮果栽培每年8月底、9月初定植，11月中旬上市，持續采收至翌年5月份，期間經歷圣誕節、元旦、春節等節日，是冬季上市的時令果品。在眾多設施園藝產業中，草莓種植的經濟效益優勢明顯，另外，優質種苗是草莓豐產的關鍵環節，種苗繁育也是草莓產業一個新的經濟增長點。

2、溫室草莓作物在生長過程中，水分脅迫是一個重要的影響因素，水分脅迫是指植物在水分供應不足或過多的情況下，其正常生理功能受到干擾或破壞的現象。對于溫室草莓而言，水分脅迫主要發生在土壤含水量低于或高于其正常生長所需的水分范圍時。

3、準確高效地診斷作物水分脅迫，最大程度地提高農業用水的效率，是實現農業科學灌溉的基礎，冠層溫度由土壤—植物—大氣連續體內熱量的傳輸與轉換決定，冠層溫度及其相關指數可以指示作物水分脅迫狀況，其中以作物水分脅迫指數應用最為廣泛。

4、傳統方式測量冠層溫度僅限于“點”或“局部”區域，難以全面反映作物區冠層溫度分布全貌，導致冠層溫度數據缺乏足夠的代表性。

技術實現思路

1、鑒于上述現有傳統方式測量冠層溫度僅限于“點”或“局部”區域，難以全面反映作物區冠層溫度分布全貌，導致冠層溫度數據缺乏足夠的代表性的問題，提出了本發明。

2、因此，本發明目的是提供一種溫室草莓作物水分脅迫信息檢測方法，其目的在于：隨著巡檢機器人成本的下降以及熱紅外圖像溫度提取技術的不斷精進，利用巡檢機器人搭載熱紅外傳感器，能夠迅速、實時且大范圍地捕獲作物的冠層熱紅外圖像，這一技術為精準監測作物的水分狀況提供了有力支持。

3、為解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案：一種溫室草莓作物水分脅迫信息檢測方法，包括s1,由巡檢機器人、熱成像相機、軌道和客戶端組成，巡檢機器人安裝在溫室后墻，溫室中種植草莓作物；

4、s2，通過掛軌式巡檢機器人搭載的熱成像相機按軌道移動至目標冠層位置，相機通過角度旋轉對不同位置冠層進行拍攝，直到將所有目標冠層采集完畢；

5、s3，利用自制溫度校準裝置，獲取灰度與溫度的轉換函數公式，進行溫度校正；

6、s4，通過改進的ga-otsu算法對冠層熱圖像進行閾值分割；

7、s5，通過圖像加法對冠層熱圖像原圖與閾值分割后圖像進行相加，進而生成攜帶溫度信息的冠層掩膜；

8、s6，根據篩選出來的強相關環境因子數據，構建干濕參考面溫度預測方程，實現干濕參考面溫度的無接觸獲取；

9、s7，根據水分脅迫指數公式，利用獲取到的冠層溫度和干濕參考面溫度計算各位置水分脅迫指數；

10、s8，根據獲取的各位置水分脅迫指數，利用雙線性插值算法構建溫室全局水分脅迫信息熱力圖，實現水分狀況可視化。

11、作為本發明所述的一種優選方案，其中：包括熱紅外圖像采集，所述冠層溫度的精準獲取在水分脅迫信息檢測方案中處于核心地位，但由于紅外熱成像相機精度會受到拍攝角度和距離的影響。

12、作為本發明所述的一種優選方案，其中：所述熱紅外成像儀得到的原始熱紅外圖像其溫度信息存在一定的偏差，為提高圖像溫度信息的精度，還需進行溫度信息的校準。

13、作為本發明所述的一種優選方案，其中：所述ga-otsu閾值分割算法包括:核心思想是計算圖像被分割成兩個區域后的類間方差,然而，在實際應用中，當待分割圖像的灰度級別較高時，尋找最佳閾值所需的時間會相應增加，從而導致圖像分割的效率降低,為了解決這個問題，可以利用遺傳算法以其全局尋優和非線性快速收斂的特點將遺傳算法與otsu算法結合使用。

14、作為本發明所述的一種優選方案，其中：所述遺傳算法是基于達爾文生物進化論的自然選擇和遺傳學機理的生物進化過程的一種搜索啟發式算法，用于模擬自然進化過程以尋找最優解,遺傳算法的實質是通過隨機交換優秀母代信息來產生更強適應性的子代，這是一個循環篩選過程，不受具體問題限制，求解過程穩定，具有魯棒性強、適于并行處理等優點,在使用遺傳算法求解問題時，一般需經歷參數編碼、初始化種群、選定適應度函數、設計遺傳操作及設定控制參數等步驟。

15、作為本發明所述的一種優選方案，其中：所述冠層區域掩膜提取包括圖像經過閾值分割算法已得到冠層區二值化圖像，但二值化圖像僅僅是將冠層區域分割出來，并不攜帶溫度信息，因此，需要將攜帶溫度信息的冠層掩膜提取出來是獲取冠層溫度的關鍵步驟。

16、作為本發明所述的一種優選方案，其中：所述干濕參考面溫度獲取包括準確確定干濕參考面溫度是確定cwsi的基礎。

17、本發明的有益效果：采用基于冠層溫度的簡化水分脅迫指數公式獲取水分脅迫信息，相較于傳統方式測量冠層溫度僅限于“點”或“局部”區域，難以全面反映作物區冠層溫度分布全貌，導致冠層溫度數據缺乏足夠的代表性。隨著巡檢機器人成本的下降以及熱紅外圖像溫度提取技術的不斷精進，利用巡檢機器人搭載熱紅外傳感器，能夠迅速、實時且大范圍地捕獲作物的冠層熱紅外圖像，這一技術為精準監測作物的水分狀況提供了有力支持，但是熱紅外圖像中含有大量的干擾背景、溫室結構等地物信息，導致提取的冠層溫度信息中存在大量的地物混合像元，對冠層溫度的提取造成干擾，因此剔除熱紅外圖像中的干擾背景，對提高作物冠層溫度提取精度至關重要。

技術特征：

1.一種溫室草莓作物水分脅迫信息檢測方法，其特征在于，包括：

2.一種溫室草莓作物水分脅迫信息檢測方法的系統，其應用于權利要求1中所述的溫室草莓作物水分脅迫信息檢測方法，其特征在于：包括熱紅外圖像采集，所述冠層溫度的精準獲取在水分脅迫信息檢測方案中處于核心地位，但由于紅外熱成像相機精度會受到拍攝角度和距離的影響。

3.根據權利要求2所述的溫室草莓作物水分脅迫信息檢測系統，其特征在于：所述熱紅外成像儀得到的原始熱紅外圖像其溫度信息存在一定的偏差，為提高圖像溫度信息的精度，還需進行溫度信息的校準。

4.根據權利要求3所述的溫室草莓作物水分脅迫信息檢測系統，其特征在于：所述?ga-otsu閾值分割算法包括:核心思想是計算圖像被分割成兩個區域后的類間方差,然而，在實際應用中，當待分割圖像的灰度級別較高時，尋找最佳閾值所需的時間會相應增加，從而導致圖像分割的效率降低,為了解決這個問題，可以利用遺傳算法以其全局尋優和非線性快速收斂的特點將遺傳算法與otsu算法結合使用。

5.根據權利要求4所述的溫室草莓作物水分脅迫信息檢測系統，其特征在于：所述遺傳算法是基于達爾文生物進化論的自然選擇和遺傳學機理的生物進化過程的一種搜索啟發式算法，用于模擬自然進化過程以尋找最優解,遺傳算法的實質是通過隨機交換優秀母代信息來產生更強適應性的子代，這是一個循環篩選過程，不受具體問題限制，求解過程穩定，具有魯棒性強、適于并行處理等優點,?在使用遺傳算法求解問題時，一般需經歷參數編碼、初始化種群、選定適應度函數、設計遺傳操作及設定控制參數等步驟。

6.根據權利要求5所述的溫室草莓作物水分脅迫信息檢測系統，其特征在于：所述冠層區域掩膜提取包括圖像經過閾值分割算法已得到冠層區二值化圖像，但二值化圖像僅僅是將冠層區域分割出來，并不攜帶溫度信息，因此，需要將攜帶溫度信息的冠層掩膜提取出來是獲取冠層溫度的關鍵步驟。

7.根據權利要求6所述的溫室草莓作物水分脅迫信息檢測系統，其特征在于：所述干濕參考面溫度獲取包括準確確定干濕參考面溫度是確定cwsi的基礎。

技術總結
本發明涉及作物水分脅迫檢測技術領域，公開了一種溫室草莓作物水分脅迫信息檢測方法及系統，其中溫室草莓作物水分脅迫信息檢測方法，包括S1,由巡檢機器人、熱成像相機、軌道和客戶端組成，巡檢機器人安裝在溫室后墻，溫室中種植草莓作物。該溫室草莓作物水分脅迫信息檢測方法，通過基于冠層溫度的簡化水分脅迫指數公式獲取水分脅迫信息，相較于傳統方式測量冠層溫度僅限于“點”或“局部”區域，導致冠層溫度數據缺乏足夠的代表性，隨著巡檢機器人成本的下降以及熱紅外圖像溫度提取技術的不斷精進，利用巡檢機器人搭載熱紅外傳感器，能夠迅速、實時且大范圍地捕獲作物的冠層熱紅外圖像，這一技術為精準監測作物的水分狀況提供了有力支持。

技術研發人員：王少聰,王會強,丁小明,尹義蕾,鄧皓楠,馮闊,申洺,馮佐龍,李凱,杜亞尊,馬天,王小煒,邢艷秋,張藝,孫鉑,范偉,成立峰,崔建英,李飛,靳希宇,趙建新,孫玉林,孫廣軍
受保護的技術使用者：河北農業大學
技術研發日：
技術公布日：2025/4/24