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专利号: 2019110266536
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2023-12-04
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于连续小波分析的植被叶片叶绿素含量的光谱指数模型,其特征在于按照以下步骤进行:步骤1,基于PROSPECT模型的叶片生化组分与叶片光谱反射率关系建立;

步骤2,叶绿素敏感波谱范围确定;

步骤3,基于连续小波分解的尺度和波段位置;

步骤4,基于PROSECT模型确定新光谱指数参数。

2.按照权利要求1所述基于连续小波分析的植被叶片叶绿素含量的光谱指数模型,其特征在于:所述步骤1中,叶片的光谱反射率R、透射率T和吸收率A满足三者之间恒为1的条件,而叶片的反射率R和透射率T的形态非常相似,可近似表达为:T(λ)=αR(λ)     (1)

其中,λ是波长;α是比例系数,为一常数,则吸收率A可以表达为

A(λ)=1-(1+α)R(λ)  (2)

在PROSPECT模型中,叶片的吸收率A可以近似表示为叶片结构参数N和单个平板层吸收系数k的函数:A(λ)=Nke(λ)+Cabkab(λ)+Carkar(λ)+Cbrownkbrown(λ)+Cmkm(λ)+Cwkw(λ)(3)式中,ke是白化基本层的吸收系数,Cab、Car、Cbrown、Cm、Cw分别为叶片叶绿素含量、类胡萝卜素含量、褐色素含量、水含量、干物质含量;kab、kcar、kbrown、km、kw是叶片叶绿素、类胡萝卜素、褐色素、水、干物质对应的吸收系数光谱;由公式2和3组合,得到叶片反射率R的关系式

1-(α+1)R(λ)=Nke(λ)+Cabkab(λ)+Carkar(λ)+Cbrownkbrown(λ)+Cmkm(λ)+Cwkw(λ)(4)对公式4进行连续小波分解,可得以下关系式:式中,CWTi(f,s,w)(i=R,ke,kab,kar,kbrown,km,kw)分别是R(λ),ke(λ),kab(λ),kar(λ),kbrown(λ),km(λ),kw(λ)进行连续小波分解后生成的小波系数,f是小波基函数,s是尺度因子,w是平移因子。

3.按照权利要求1所述基于连续小波分析的植被叶片叶绿素含量的光谱指数模型,其2

特征在于:所述步骤2中利用PROSPECT-5模型模拟了叶片叶绿素含量从5~95μg/cm ,步长为15,固定其他输入参数,获取光谱范围在400-2500nm的反射率数据,利用PROSPECT模型分析其他输入参数的反射率曲线在400~800nm变化情况,分析发现在波段550~700nm范围内,叶绿素Cab和叶肉结构参数N是主要影响因素,确定模型构建的最终波段范围为550~

700nm,则在波长550~700nm内,公式5简化为:

4.按照权利要求1所述基于连续小波分析的植被叶片叶绿素含量的光谱指数模型,其特征在于:所述步骤3中在选定的波段范围550~700nm内,选择小波分解的小波函数、尺度与波谱位置,确定叶绿素反演模型的参数:f,s,w1,w2,对kab、ke进行3种常用连续小波分解bior,coif,sym,最后确定公式6中的小波基f为bior1.1,波谱尺度s为150nm,波段位置w1为

699nm,波段位置w2为613nm,kab的连续小波变换曲线在w1具有波峰,w2具有波谷,代表叶绿素吸收敏感位置波段,叶肉结构参数N对叶片反射光谱影响相当大,并作用范围覆盖整个可见光和近红外区域,因此必须作为重点考虑因素,而N的吸收系数的CWT曲线在w1和w2处值近似为0,降低了N对光谱的影响。

5.按照权利要求1所述基于连续小波分析的植被叶片叶绿素含量的光谱指数模型,其特征在于:所述步骤4中选定的参数f,s,w1,w2值,对公式6可以得到如下两个公式:其中,

比值运算可以构建新的光谱指数,并能消除部分光谱噪声,因此对公式(8)和(9)进行比值运算,得到可以求解叶绿素含量的新的光谱指数,命名为CAB1:根据获取的叶片反射率光谱R(λ),对R(λ)进行f=bior1.1,s=150nm连续小波分解,获取699nm和613nm处的值,N的值可以根据不同植物种类根据不同生长期建立查找表,确定N的值,实验验证CAB1受N值影响较小,因此在实际应用中确定N=1.5,代入公式(10)就可以估算该叶片叶绿素含量Cab。