基于近红外光谱小波变换的温室番茄叶绿素含量预测
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同的草炭一 蛭石 比，比例分别 为 ０ ，２ ，５ 和 ８ ，分 ０ ０ Ｏ 别 对应无 营养 、少营 养 、 量 、富营 养 四个 施肥水 平 。允后 适 实施 ６次番茄叶片光谱数据采集 ， １绿素含量检测 。 及Ｉ 一 ｒ
１ １ 光 谱 数 据 的 采 集 ． 采 用 ＡＳ ｉｄ ｐｃ ＨＨ （ ａｙｉ ｌＳ ｅｔａ Ｄ ｖｃｓ Ｄ Ｆｅ Ｓ ｅ ｌ Ａｎ ｌｔ ａ ｐｃｒｌ ｅ ｉ ｃ ｅ
第 ３ 卷 ， １ 期 １ 第 ｌ ２０１１年 ｌ１月
光
谱
学
与
光谱分来自析 Ｖ １ １Ｎ ． ｐ２３—９９ ｏ ３ ， ｏｕ，ｐ９６２３ ．
Ｎｏ ｅ ｅ ，２ １ ｖ ｍｂ ｒ ０ １
Ｓ ｅ ｔｏ ｃ ｐ ｎ ｐ ｃ ｒ １Ａｎ ｌ ｓｓ ｐ ｃ ｒ ｓ ｏ ｙ ａ ｄ Ｓ ｅ ｔａ ａｙ ｉ
率分 析 ，可 以 有 效 地 消 除 慢 漂 移 、高 频 噪 声 及 倍 频 ＿ 卜
扰 。
本试验 以温室番茄为研究对象 ， 究 ＿作物 光谱特性 研 『 ｊ 叶绿素 含量 间 的变化 规 律 。使用 小 波 变换 进 行光 谱 噪 处 理 ，提取了温室番茄 叶片 叶绿 素的特征 波长 ，并在 建立 光谱
计 特 性 平 稳 为前 提 条 件 ， 适 用 于 对 平 稳 信 号 去噪 处 理 。 仅
小波变换具 有 良好的时频局域化特性 ，能对信 进行 多分辨
大量研究表 明植 物营养状况与其光谱特性 密切相 关 ，而温室 材料对光线强度及 光谱 构成会 产生 一定影 响［ ，因此如 何 ２ ］ 快速 、 确地获得温室栽培作物 的光谱 特性 、测定 营养 素含 准 量在长势监测 、产量估计等方 面有重 要意义 。在 温室黄瓜 的 研究方面 Ｋａ ｄｒ ｖ ｉ建立 了黄 瓜色度 、 色调 、 ｆ物质与光谱 特征 问的校正模 型ｌ ；田有文等 利用 高光谱图像技 术检测 黄瓜霜 ４ Ｊ 霉病和 白粉病 Ｌ ； 飞提取 ５ ６ ８ ，６ ８和 ７ ５ｎ 四个 特 ｓ 刘 ５ ，５ １ ９ １ ｍ 征波 长建立黄瓜 叶片 Ｓ ＡＤ值 的校正模型 ；杨吴谕研 究 了 Ｐ 荧光参数 与叶绿素含量的相关关系Ｉ】 一 。而关 于温室番 茄的研 究 ，虽取得 ＇ ｒ 一定 的成 果 ， 尚处 于探索 阶段 。如 Ｐ ｌ ｒ 但 ｏｄ 研 ｅ 究 ｌ番茄 果实光谱特性与 成熟 度的关 系ｌ ；Ｘ 研究 了利用 『 ８ Ｕ 番茄冠层光谱 检测 作物病害ｌ ；赵瑞娇研究 ｌ ｇ ］ ｒ番茄 叶片含氮 量 、含水 量与反射光谱 的关 系 。 近红 外光谱主要 山化合物含氢 基团的倍 频和泛频 吸收组 成 ，吸收强度较弱 ，谱峰重叠严重１ ；又 由于受 到温室材料 ］
预 测 模 型过 程 中 ， 这 些 特 征 波段 的 贡 献 做 ｒ相 应 分 析 。 对
１ 方法 与材料
试验从 ２０ 年 １ ０９ ０月 至 ２ １ ００年 ４月 在 巾 农 业 大 学 水 利 与 土 木 工 程 学 院 可 控 温 室 进 行 ， 茄 栽 培 基 质 选 用 四 种 番
文献标识码 ： Ａ Ｄ ： ０ ３ ６ ／．ｓｎ ｉ ０—５ ３ ２ １ ） １２ ３—４ ＯＩ １ ． ９ ４ｊｉ ． ０ ００ ９ （ Ｏ １ ｌ—９ ６０ ｓ 噪 为 主 的预 处 理 。其 中 Ｓ ｖｔｋ － ｏａ ａ ｉ ｙＧ ｌ ｚ ｙ卷 积 在 窗 １ 、选 择 ＇ ｒ
中图 分 类 号 ： ５ ． ； ６ １２ ０６ ７３ ￥ ４ ．
基 于 近 红 外光 谱 小 波 变换 的温 室番 茄 叶绿 素含 量 预 测
丁永 军 ， 民赞 ， 李 郑立 华， 赵瑞娇 ， 李修华 ， 安登奎
“ 代 精 细 农 业 系 统 集 成 研 究 ” 育 部 重 点 实 验 室 ，中 国农 业 大学 ， 京 １０ ８ 现 教 北 ００３
摘
要
为 提高基 于近红外光谱的温室番茄 叶绿 素含量预测精度 ， 采用 小波变换消除光谱 中的随机 噪声 。
吸收太 阳光 、 传感器材料 、电阻热 噪声及 随机误 差等 仪器 凶
素 的影响 ，使得 ｝标物 光谱 含有 噪 声 、甚 至出 现基 线漂 移 。 ｌ 为 ｒ提 高光谱 信息提取的准确度 ，需要对光谱 数据进 行 以去
收 稿 日期 ： ０ ０ —５ 修 订 日期 ：２ １－４Ｏ ２ ¨一 １１ 。 ０ １０ 一８
引 言
叶绿 素是光合 作用中最重要 的有机分子及合 成叶片氮素
的 重 要 组 成 部 分 ，其 浓 度 直 接 影 响 植 物 牛 长 和 营 养 水 平 ｌ 。 １ ］
不 当时 ，容易造成信号失真 ； 分法 当存在频 带较 宽 的强 吸 微 收时 ，可能放大微小噪声 ；傅里叶变换 以信 号的 时不变 和统
５ ４ ６ ５和 ６ ３ｎｎ 的 吸 光 度 建 立 的 模 型 ，预 测 系 数 足 达 到 ０ ８ ２６ ５， ７ ９ ｒ 处 ． ９ ，验 证 系 数 Ｒ 达 到 ０ ８ ９７ ．２ ，可 以作
为温室番茄 营养状 态快速诊断 的技术基础 。 关键词 温室 番茄 ； 光谱分析 ； 小波变换 ；叶绿素
但是在去噪 的同时 ， 也会降低有效信息 量。因此 ，引入平滑指数 （ Ｉ和时移指数 （ Ｓ ） ｓ） Ｔ Ｉ对去噪效果进行 量化 ， 以控制变换尺度 ，获得最佳变换效果 。 实验 表明 ＴＳ＜Ｏ Ｏ Ｉ ． １且Ｓ＞Ｏ １ ０ Ｉ ．０ ４时， 在去 噪的同时 ， 也能保 留反映 生化参量 的特征 峰 ， 从而 实现 自适 应小波去噪 。 过小波变换反射率与 叶绿素含量 的相关 分析 ， 通 提取 了反映 叶绿素含量变 化的特征波段 ， 使用 偏最小二乘法建立 了叶绿 素含量 预测模 型 ， 结果表 明使 用 ３ ４ ０ ，４ ６ ８ ，４ ５ ３ ，
