基于BRDF空间方位定标的南疆红枣检测模型研究
开展户外南疆红枣品质快速无损检测技术,对当地红枣产业发展有重要意义。在户外开展近地面红枣品质定量检测时,标准白板起到定标的作用。在其进行检测时须固定位置且不能被其它杂散光线所干扰。理论上,标准白板在0°～180°区间反射率都为1,但在实际户外测量时,受户外条件影响,反射率会发生改变,这一定程度上影响测量结果。针对上述问题,本文基于朗伯比尔定理和二向反射分布函数BRDF(Bidirecrional reflecrivity distriburion funcrion),从不同距离、角度和偏振方位三个因素开展标准白板不同方位对检测精度的影响规律研究,主要研究结果如下:(1)标准白板在不同角度下对检测精度的影响:标准白板试验采用控制变量法,在户外采用两块标准白板一块保持原位不动,另一块变换角度,为了更准确的对比数据本次实验也在暗箱中进行试验。通过建立模型对比不同标准白板角度标定下的检测效果。利用方差分析对户外与暗箱数据分析得出结论:户外标准白板标定时角度发生变化会影响检测效果。在对比不同角度定标的标准白板方位角在90°时检测效果最佳。后续对各个角度数据进行校正并通过数据拟合得出红枣标定角度散射核函数。(2)标准白板距样品的距离对检测精度的影响:标准白板试验采用控制变量法,研究结果表明标准白板在样品后方时,距样品越远,含水率的检测精度越低;标准白板在样品前方时,仅冬枣在5cm处的检测精度大于0cm处的检测精度,其他果品均在标准白板距样品越远,含水率的检测精度越低。同时冬枣含水率的相关系数R(5cm)>R(-5cm)、库尔勒香梨含水率的相关系数R(5cm)>R(-5cm)、红提含水率的相关系数R(5cm)>R(-5cm)。因此,标准板在样品前面5cm处的农产品含水率检测精度大于在样品后5cm处的检测精度,有实验结果得出三种果品(冬枣、红提、香梨)在离标准白板0cm时相关系数最大为别为:0.75502、0.78693、0.79307,户外近地面实验时标准白板距离样品越近误差越小,在标准板距离样品10cm内误差很小可以忽略不计。(3)在不同偏振态下不同标准白板角度对检测精度的影响:探究在不同偏振度下光谱的变化规律采用对比法,通过建立标准白板角度标定线偏振度(degree of linear polarization,DOLP)模型对比试验结果,通过数据分析时发现在线偏振图像中干燥红枣与新鲜红枣光谱在(1000nm～1400nm)区间光谱差异很大,证明D OLP图像可以强化其水分特征信息,后续通过对比得出:DOLP模型建模效果最佳的标准白板角度为90°,并将DOLP模型反演得出水分分布图。为进一步减小误差建立DOL P标准白板角度修正模型,后续通过户外冠层试验验证该模型可提升其检测精度5%以上。通过上述研究获得了红枣的多角度散射核函数、水分反演图。经后续户外试验验证了该模型可提高户外标准白板在不同角度下的检测精度,为后续南疆红枣品质的近地面检测提供一定的参考。
- 作者：
- 王长旭
- 学位授予单位：
- 塔里木大学
- 专业名称：
- 农业工程与信息技术（专业学位）
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2023年
- 导师姓名：
- 罗华平
- 中图分类号：
- S665.1；TP391.41
- 关键词：
- 标准白板；南疆红枣；偏振；BRDF；模型校正
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- 基金项目：
- 国家自然科学基金项目“南疆红枣多尺度高光谱偏振定量遥感模型研究”的部分研究成果(项目编号:11964030)课题主持人:罗华平教授(塔里木大学)