亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        南疆冬棗偏振參量模型戶外光照條件適應(yīng)性研究

        2021-01-06 03:03:18索玉婷羅華平王長旭徐嘉翊
        光譜學(xué)與光譜分析 2021年1期
        關(guān)鍵詞:多云陰天冬棗

        索玉婷,羅華平*,李 偉,王長旭,徐嘉翊

        1. 塔里木大學(xué)機械電氣化工程學(xué)院,新疆 阿拉爾 843300 2. 新疆維吾爾自治區(qū)教育廳普通高等學(xué)?,F(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程重點實驗室,新疆 阿拉爾 843300

        引 言

        新疆紅棗種植面積目前約600萬畝,占全國紅棗種植面積的近三分之一,盛果期產(chǎn)量將占到全國總產(chǎn)量的50%以上。特色林果業(yè)已成為新疆農(nóng)民致富的一個新的支柱產(chǎn)業(yè),開拓新疆紅棗產(chǎn)業(yè)市場的影響力和競爭力為其主要任務(wù),因此如何開展快速大面積近地面紅棗品質(zhì)定量遙感檢測,是目前農(nóng)學(xué)領(lǐng)域的研究熱點和難點。在戶外用高光譜檢測時,對天氣要求比較高,首先必須是晴朗的陽光充足的天氣,晴天光照和大氣環(huán)境相對穩(wěn)定。陰天光照條件復(fù)雜,所建立的普通模型精度低于晴天。而紅棗完熟期為9月中旬到10月底,十月的南疆部分地區(qū)多云天氣偏多,有的時候一周可能僅有一天是大晴天,因此這樣的天氣大大降低了南疆近地面紅棗品質(zhì)定量遙感檢測的效率。為了探索近地面遙感檢測受天氣影響的程度,本研究分別模擬晴天、多云、陰天條件,采集不同偏振度(0°,45°,90°和135°)條件下的冬棗光譜,偏振探測時間相對較短,主要是選擇不同天氣下光照對檢測結(jié)果影響的規(guī)律。

        近年來,眾多研究者利用高光譜遙感技術(shù)對農(nóng)作物的檢測做了大量的工作[1-3]。然而這些研究均是在晴朗大太陽的天氣下進行的,目前尚未在陰天或多云天氣下進行過農(nóng)作物品質(zhì)檢測的研究。只有趙永強等對于不同的天氣條件(晴天、多云、陰天)下的目標分類進行過深入的研究。因此,本文基于偏振探測技術(shù)[5]和不同天氣條件下物質(zhì)分類技術(shù)[4],再結(jié)合高光譜技術(shù)[6-9],利用不同天氣條件下南疆冬棗的高光譜偏振數(shù)據(jù)與室內(nèi)測定的水分含量數(shù)據(jù),采用TQ-analyst建模軟件,選擇一階導(dǎo)數(shù)光譜形式和Savitzky-Golay濾波的數(shù)據(jù)預(yù)處理方式,最后用逐步多元線性回歸方法(SMLR)建模。構(gòu)建了不同天氣條件下,不同波長下南疆冬棗二向反射分布函數(shù)(bidirectional reflectivity distribution function,BRDF)參量(S0,ε0,f00)、線偏振度(degree of linear polarization,Dolp)與水分含量的反演模型,旨在南疆紅棗近地面定量遙感檢測時,可以不受天氣條件的制約,從而提高檢測精度和檢測效率。為今后開展大面積紅棗品質(zhì)定量遙感檢測奠定基礎(chǔ)。

        1 實驗部分

        1.1 戶外模擬不同天氣條件下南疆冬棗光譜的測定

        采用四川雙利合譜科技有限公司生產(chǎn)的Image-λ-N17E-N3型增強型近紅外高光譜相機采集戶外南疆冬棗光譜,其光譜范圍是900~1 750 nm,光譜分辨率為9 nm。測定時間為北京時間2019年10月8日13:00—14:00,晴朗無云,風(fēng)力小于2級。樣本來自阿拉爾市第一師10團同一棵樹上的冬棗。測定前對樣本標號,連接并調(diào)整好儀器,擺放好白板及樣本等,白板兩側(cè)各54個冬棗,共108個樣本,按照從左到右從上到下的順序擺放樣本。測定時,傳感器的探頭平行于地面、垂直位于距離白板中心1.5 m遠的正前方,在陽光下對樣本掃描5次,分別為無偏、0°偏振、45°偏振、90°偏振、135°偏振,再用兩把防曬傘將照射樣本和白板的陽光遮起來,模擬陰影環(huán)境,并重復(fù)陽光下的操作。改變探測器方位角為0°,30°和45°,重復(fù)陽光下和陰影下的實驗操作,并且每改變一次探測器方位角,都要測量一次太陽高度角以及太陽方位角。

        1.2 室內(nèi)暗箱南疆冬棗光譜的測定

        戶外采集完冬棗光譜后,立即轉(zhuǎn)移到室內(nèi),采用北京卓立漢光儀器有限公司生產(chǎn)的GaiaSorter高光譜分選儀測定南疆冬棗光譜,按照標號由小到大的順序,每次測定12個冬棗,一共測定9次。

        1.3 南疆冬棗水分的測定

        測定完暗箱光譜后,立即測定冬棗的含水率,采用GB/5009.3—2010《食品中水分的測定》的方法進行測定。按照標號由小到大的順序,把每個進行光譜掃描的那一面冬棗切片,大概3 g左右,記錄重量,放入相對應(yīng)的獨立信封中,最后把所有信封都放入烘箱中,烘干8 h后取出稱重并記錄,再放入烘箱,2 h后再拿出稱重并記錄,重復(fù)2次,取變化最穩(wěn)定的重量進行水分計算。

        1.4 偏振光譜測量方法的原理

        1.4.1 陽光天氣下偏振光譜BRDF測量原理

        為了能夠獲取各種材料的偏振BRDF數(shù)據(jù),需要通過偏振BRDF方程來設(shè)計實驗方案,確定偏振BRDF矩陣的S0,S1,S2元素(S0,S1,S2均為偏振BRDF的參數(shù))。

        偏振光譜BRDF的參數(shù)方程為

        S0=I0+I90

        (1)

        S1=I0-I90

        (2)

        S2=I45-I135

        (3)

        因此,對于某個探測器位置單個光譜波段的偏振BRDF數(shù)據(jù),需要4組目標材料數(shù)據(jù),分別為陽光下的四個偏振方向。

        線偏振度方程為

        (4)

        1.4.2 多云天氣下偏振光譜BRDF測量原理

        為了能夠獲取各種材料的偏振BRDF數(shù)據(jù),需要通過偏振BRDF遙感輻射控制方程來設(shè)計實驗方案,確定偏振BRDF矩陣的f00,f10,f20元素(f00,f10,f20均為偏振BRDF的參數(shù))。

        偏振光譜BRDF的輻射傳輸方程為

        (5)

        式中:Lt為傳感器接收到的總輻射的Stokes向量,需要在太陽光下測量得到;Ls為目標反射的天空散射光的Stokes向量,需要在陰影下測量得到;Lu為經(jīng)大氣散射后,直接沿著目標——探測器方向進入探測器的太陽光,該部分的能量所占比例較少,在地面遙感中近似為零,可以忽略不計。分母中的參數(shù)都是未知的,且難以測量,所以需要采用比較測量法來測量目標的偏振光譜BRDF[10]。

        比較測量法中要求參考材料在整個上半球空間的BRDF值f00_ref都為已知。而朗伯板的BRDF值恒為ρ/π(ρ為半球反射率)[10]??梢赃x用接近朗伯板的標準板作為定標板。

        綜上可得目標的偏振光譜BRDF的Stokes向量實驗計算式為

        (6)

        因此,對于某個探測器位置單個光譜波段的偏振BRDF數(shù)據(jù),至少需要4組(分別為陽光下和陰影下的兩個正交偏振方向)定標材料數(shù)據(jù)和8組(分別為陽光下和陰影下的四個偏振方向)目標材料數(shù)據(jù)。

        類似地還可以得到線偏振度

        (7)

        1.4.3 陰天天氣下偏振光譜BRDF測量原理

        由于偏振光譜BRDF需要采集太陽照射下的圖像,而陰天條件下無法實現(xiàn),所以利用一種變換的特征來代替它。假設(shè)其中太陽光下的圖像都為0,則該式可以寫成陰影偏振光譜BRDF

        (8)

        式中:ε0,ε1,ε2與f00,f10,f20相對應(yīng),此時的偏振度定義為

        (9)

        1.5 模型構(gòu)建方法與精度評價

        選取全波段900~1 750 nm近紅外光譜范圍,首先對光譜進行預(yù)處理,選擇一階導(dǎo)數(shù)光譜,導(dǎo)數(shù)處理既可以消除基線偏移,還可以起到一定的放大和分離重疊信息的作用; 再選擇Savitzky-Golay濾波(即卷積平滑),以提高信噪比,減小數(shù)據(jù)的隨機噪聲,從而提高模型的穩(wěn)健性。其次從總樣本中隨機選取54個樣本,采用逐步多元線性回歸法(SMLR),對不同天氣條件下不同波長南疆冬棗BRDF參量(S0,ε0,f00)、Dolp與水分含量建模。最后選用相關(guān)系數(shù)r、校正集樣本的標準差(RMSEC)、預(yù)測集樣本的標準差(RMSEP)共3個指標對模型的性能和預(yù)測能力進行評價。r能反映出預(yù)測值與實測值之間的相關(guān)程度,r越接近1,表明預(yù)測值與實際值越接近,相關(guān)程度越高,回歸或預(yù)測結(jié)果越好; RMSEC用于評價建模的可行性,值越小,表明模型回歸的越好; RMSEP用于評價所建模型對外部樣本的預(yù)測能力,同樣,值越小,表明模型的預(yù)測能力越強,結(jié)果越準確; 另外,好的模型不但有較小的RMSEC和RMSEP,而且RMSEC與RMSEP的差值也要小。通常,RMSEP要大于RMSEC。利用TQ-analyst軟件完成數(shù)據(jù)處理與建模。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 不同天氣下冬棗BRDF模型

        2.1.1 南疆冬棗波長-Dolp模型

        選用全部樣本(108個),建立不同天氣條件下南疆冬棗波長-Dolp模型,由圖1(a),(b)和(c)的二維、三維圖像可以看出不同天氣條件下南疆冬棗高光譜Dolp既有明顯差異,又有明顯相同特征:

        (1)不同天氣條件下南疆冬棗Dolp變化趨勢以及數(shù)值有明顯的差異,多云天氣下的Dolp減小時,晴天和陰天下的Dolp增大。晴天Dolp>陰天Dolp>多云Dolp,且晴天Dolp>0、陰天Dolp>0、多云Dolp<0。大多數(shù)PBRDF研究中的Dolp均為正值,很少會出現(xiàn)負值的情況,而本研究多云天氣下Dolp為負值的原因如下

        (It_0-Is_0)<0

        (It_45-Is_45)<0

        (It_90-Is_90)<0

        (It_135-Is_135)<0

        ((It_0-Is_0)+(It_45-Is_45)+

        (It_90-Is_90)+(It_135-Is_135))/2<0

        根據(jù)Dolp化簡后的公式可知

        圖1 不同波長冬棗Dolp模型對比 (a): 晴天; (b): 陰天; (c): 多云Fig.1 Comparison of Dolp models of Dongzao with different wavelengths (a): Sunny; (b): Cloudy; (c): Cloudy

        故: Dolp<0

        (2)不同天氣條件下南疆冬棗Dolp都有相同特征,在1 100和1 300 nm附近出現(xiàn)極值,是因為此處為冬棗的兩個反射峰。在1 400 nm處特征最為明顯,是因為此處為南疆冬棗特征波長吸收峰。 2.1.2 南疆冬棗波長-偏振參量S0,ε0,f00模型

        根據(jù)不同天氣條件下南疆冬棗波長-偏振參量S0,ε0,f00的二維、三維模型可知,晴天S0>陰天ε0>多云f00,且S0>0,ε0>0,f00<0,雖然不同天氣條件下S0,ε0,f00數(shù)值上相差較大,甚至有正負之分,但S0,ε0,f00都有相同特征,在990 nm附近都出現(xiàn)谷值,是因為992.65 nm為南疆冬棗品質(zhì)特征波長吸收峰; 在1 100 nm附近則出現(xiàn)明顯峰值,是因為此處即存在特征波長吸收峰(1 188.96 nm),又存在反射峰(1 107.68 nm); 在1 400 nm附近特征最為明顯。在大多數(shù)PBRDF研究中偏振參量也均為正值,很少會出現(xiàn)負值的情況,而本研究多云天氣下偏振參量f00為負值(證明同Dolp)。

        圖2 不同波長冬棗偏振參量S0,ε0,f00模型對比 (a): 晴天; (b): 陰天; (c): 多云Fig.2 Comparison of polarization parameters S0, ε0 and f00 models of Dongzao at different wavelengths (a): Sunny; (b): Cloudy; (c): Cloudy

        2.2 不同天氣下南疆冬棗BRDF與理化值建模結(jié)果分析

        2.2.1 南疆冬棗Dolp-水分模型

        圖3(a),(b),(c)和(d)所示,分別為不同天氣條件下不同波長南疆冬棗Dolp與水分含量模型。模型中校正集樣品個數(shù)均為36,預(yù)測集樣品個數(shù)均為18,晴天、陰天、多云、暗箱條件下,Dolp-水分含量模型預(yù)測集的相關(guān)系數(shù)r分別為: 0.846,0.865,0.914和0.926,校正集樣本的標準差RMSEC分別為: 0.008 73,0.008 35,0.007 64和0.008 76,預(yù)測集樣本的標準差RMSEP分別為: 0.010 6,0.009 52,0.011 7和0.000 985,RMSEC與RMSEP的差值分別為: 0.001 87,0.001 17,0.004 06和0.007 775。由RMSEC與RMSEP的數(shù)值以及差值均小于0.008,可得知不同天氣條件下的Dolp-水分模型具有很好的預(yù)測能力和可行性; 由相關(guān)系數(shù)的大小關(guān)系:r暗箱>r多云>r陰天>r晴天,可得出多云天氣時南疆冬棗Dolp-水分模型的相關(guān)程度最好,晴天條件下最差,因此可以得出當戶外天氣為多云時,依舊可以對南疆冬棗進行水分含量檢測,而且其相關(guān)程度要好于晴天。 2.2.2 南疆冬棗偏振參量S0,ε0,f00-水分模型

        圖4(a),(b),(c)和(d)所示,分別為不同天氣條件下不同波長南疆冬棗偏振參量S0,ε0,f00與水分含量模型。模型中校正集樣品個數(shù)均為36,預(yù)測集樣品個數(shù)均為18,晴天、陰天、多云、暗箱條件下,偏振參量S0,ε0,f00-水分含量模型預(yù)測集的相關(guān)系數(shù)r分別為: 0.879,0.796,0.913,0.926,校正集樣本的標準差RMSEC分別為: 0.007 87,0.009 71,0.007 00,0.008 76,預(yù)測集樣本的標準差RMSEP分別為: 0.011 9,0.012 3,0.010 5,0.009 85,RMSEC與RMSEP的差值分別為: 0.004 03,0.002 59,0.003 5和0.001 09。由RMSEC與RMSEP的數(shù)值以及差值均小于0.005,可得知不同天氣條件下的偏振參量S0,ε0,f00-水分模型具有很好的預(yù)測能力和可行性; 由相關(guān)系數(shù)的大小關(guān)系:r暗箱>r多云>r晴天>r陰天,可得出暗箱時南疆冬棗偏振參量S0,ε0,f00-水分模型的相關(guān)程度最好,而多云天氣條件下的相關(guān)程度與暗箱條件下最為相近,陰天條件下最差,因此可以得出當戶外天氣為多云時,依舊可以對南疆冬棗進行水分含量檢測,而且其相關(guān)程度要好于晴天。

        圖3 不同波長冬棗Dolp與水分模型對比 (a): 晴天; (b): 陰天; (c): 多云; (d): 暗箱Fig.3 Comparison of Dolp and water model of Dongzao with different wavelengths (a): Sunny; (b): Cloudy; (c): Cloudy; (d): Camera obscura

        圖4 不同波長冬棗偏振參量S0,ε0,f00與水分模型對比 (a): 晴天; (b): 陰天; (c): 多云; (d): 暗箱Fig.4 Comparison of polarization parameters S0, ε0, f00 and water model of Dongzao with different wavelengths (a): Sunny; (b): Cloudy; (c): Cloudy; (d): Camera obscura

        3 結(jié) 論

        (1)不同天氣條件下南疆冬棗偏振參量S0,ε0,f00和Dolp既有相同特征又有不同特征。相同特征,在1 100 nm附近都出現(xiàn)極值,是因為此處南疆冬棗存在特征波長反射峰(1 107.68 nm)和吸收峰(1 188.96 nm),在1 400 nm附近其特征都最為明顯,是因為此處為南疆冬棗特征波長吸收峰; 不同特征,在數(shù)值上,晴天>陰天>多云,且晴天>0、陰天>0、多云<0,不同天氣條件下S0,ε0,f00和Dolp數(shù)值上相差較大,甚至有正負之分,以多云天氣條件下的數(shù)值最為特別,S0,ε0,f00和Dolp均為負值。

        (2)戶外晴天、陰天、多云三種條件檢測南疆冬棗水分時,多云天氣偏振參量、Dolp與水分模型預(yù)測集的相關(guān)系數(shù)最大,r值分別為: 0.913和0.914,且最接近暗箱與水分模型的相關(guān)系數(shù)r的值: 0.926。根據(jù)不同天氣條件下,不同波長下南疆冬棗偏振參量、Dolp與水分模型的RMSEC與RMSEP的數(shù)值以及差值,水分模型差值均小于0.008,表明該水分模型具有較好的預(yù)測能力和可行性; 因偏振有強光弱化,弱光強化的作用,通過對比晴天、陰天實驗結(jié)果,該方法有較好的環(huán)境適應(yīng)性,在戶外紅棗品質(zhì)遙感探測方面有廣泛應(yīng)用前景。

        猜你喜歡
        多云陰天冬棗
        太陽躲在哪里
        啟蒙(3-7歲)(2020年9期)2020-09-30 05:45:24
        向日葵·成長·禮物
        冬棗深加工 延伸產(chǎn)業(yè)鏈
        “智耕牛”指尖“種”冬棗
        一種鋸齒狀冬棗采摘裝置
        電子制作(2019年10期)2019-06-17 11:45:22
        給陰天染上色彩
        家有蟈蟈
        陰天
        好孩子畫報(2017年1期)2017-04-06 17:44:51
        何氏“十全大補粥”
        我的冬棗賣了13萬!
        營銷界(2015年25期)2015-08-21 07:24:52
        五月天综合社区| 欧美xxxx做受欧美| 国产成人av片在线观看| 久久狠狠第一麻豆婷婷天天| 成年毛片18成年毛片| 人妻少妇艳情视频中文字幕| 国产午夜福利精品一区二区三区| 国产色诱视频在线观看| 亚洲色AV天天天天天天| 成人国产高清av一区二区三区| 人人妻人人做人人爽| 男女肉粗暴进来120秒动态图| 亚洲成精品动漫久久精久| 精品久久一区二区三区av制服| 高潮毛片无遮挡高清视频播放| 亚洲av无码日韩精品影片| 99久久久69精品一区二区三区| 亚洲av熟女传媒国产一区二区| 国产精品多人p群无码| 自拍偷自拍亚洲精品播放| 蜜桃av观看亚洲一区二区| 午夜国产精品视频在线观看| 免费人妻精品一区二区三区| 91在线在线啪永久地址| 一区二区三区在线视频爽| 水野优香中文字幕av网站| 国产精品久久久久久影视| 在线看片国产免费不卡| 人妻少妇偷人精品一区二区三区| 亚洲精品天天影视综合网| 中文字幕无码无码专区| 亚洲一码二码在线观看| 丰满人妻猛进入中文字幕| 人妻少妇边接电话边娇喘| 亚洲欧美日韩国产精品网| 亚洲天堂av一区二区三区不卡| 国产午夜福利久久精品| 欧洲色综合| 免费看黄在线永久观看| 亚洲另类无码专区首页| 1717国产精品久久|