单子叶植物叶片双向反射分布的测量与分析

论文摘要

作物的生物含量与作物的光学特性有直接的关系,而植物叶片的双向反射分布函数(BRDF)又直接影响植物的光学特性。植物叶片的BRDF体现了叶片在各个方向不同的能量反射能力,直接影响植物叶片的光谱检测结果,也是植被冠层宏观光学特征的影响因素之一。对植物叶片的BRDF光学特性及表现出的规律性展开研究和讨论,能够有效提高植物无损检测光谱模型的稳定性和可靠性,提升利用作物光谱模型反演理化特性的准确性和可靠性。首先介绍了植物叶片的BRDF快速获取方法及自主研发的方向性光谱检测仪器,该仪器能够在入射光的方位角和天顶角、接收探头的方位角和天顶角这四个维度进行调整,实现多入射角和反射角的反射光谱数据采集。单子叶植物的叶脉呈纵向分布,因而体现出较为显著的各向异性,玉米和小麦是两种较为典型的单子叶农作物。通过自主研发仪器获取不同波段范围下的玉米和小麦的反射光谱信息,并分析总结其反射分布规律。采用文中所介绍的BRDF计算方法对光谱数据以及白板校正数据进行计算,再结合MATLAB程序对光谱反射数据的图像映射,对反射结果与叶绿素含量和叶片含水量这两个叶片典型理化参数的相关性进行分析,最后探讨了采用ANIX系数对叶片的各向异性进行量化分析的方法。选取小麦在可见光波段以及玉米在近红外波段的数据,结果表明,小麦和玉米在各波段下的fr分布均关于入射天顶角两侧微小空间对称,在相同波段下,不同入射天顶角下的fr值大小基本一致;在相同入射天顶角下,小麦在800 nm波段下的fr值最大, 680 nm波段下的fr值最小,这是由于680 nm波长附近是叶绿素强吸收的特征波段,而800 nm附近是叶绿素反射的特征波段,且在相同波段下,叶绿素浓度的升高会导致fr值的增大;在水的强吸收特征波段1 450 nm下,玉米的fr值随着含水量的升高而增长。分析表明,作物的BRDF特性能够有效反映叶片主要生物含量的变化,同时计算所得到的各向异性指数也体现出一致的变化规律,为建立稳定且可靠的作物光谱定量分析模型提供了理论和实践基础。

论文目录

• 引 言
• 1 植物叶片三维光分布检测装置
• 2 实验部分
•   2.1 小麦叶片的双向反射分布测量
•     2.1.1 实验材料
•     2.1.2 实验方法
•   2.2 玉米叶片双向反射分布测量
•     2.2.1 实验材料
•     2.2.2 实验方法
• 3 数据处理方法
•   3.1 叶片BRDF计算
•   3.2 反射特性规律图像
•   3.3 各向异性量化分析
• 3 结果与讨论
•   3.1 小麦双向反射特性与叶绿素含量分析
•     3.1.1 小麦双向反射特性与入射天顶角分析
•     3.1.2 小麦双向反射特性与叶绿素含量分析
•   3.2 玉米双向反射特性与含水量分析
•     3.2.1 相同入射天顶角下的玉米双向反射特性分析
•     3.2.2 玉米双向反射特性与含水量分析
• 4 结 论

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 刘丁瑜,易加维,张徐洲,张畅,刘飞,方慧,何勇

关键词: 双向反射分布,双向反射分布函数,反射光分布检测,方向性,量化分析

来源: 光谱学与光谱分析 2019年07期

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技

专业: 物理学,农业基础科学

单位: 浙江大学生物系统工程与食品科学学院,农业部光谱检测重点实验室

基金: 国家高技术研究发展计划(863计划)项目(2013AA10230401),浙江省重点研发计划项目(2017C02031)资助

分类号: S127;O433.4

页码: 2100-2106

总页数: 7

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