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基于色彩参数和高光谱特征的针叶树种色素含量预估

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光谱学与光谱分析 2022年第2期42卷 537-543页

作者：王艺恒孙昆温喆锁应博张曲王戈戎魏进华北华大学林学院吉林吉林132013 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室湖北武汉430072

光谱成像技术广泛应用于植物理化参数无损伤测定等领域研究,而色素与色彩参数相关性研究也有学者探索。但比较并优选分别以色彩参数值、光谱参数值作为自变量与色素含量拟合出的模型,还未见报道。本实验以5种针叶树种为研究对象,筛选蓝... 详细信息

光谱成像技术广泛应用于植物理化参数无损伤测定等领域研究,而色素与色彩参数相关性研究也有学者探索。但比较并优选分别以色彩参数值、光谱参数值作为自变量与色素含量拟合出的模型,还未见报道。本实验以5种针叶树种为研究对象,筛选蓝边幅值Db、黄边幅值Dy、红边幅值Dr、绿峰幅值Rg、红谷幅值Rr、蓝边面积SDb、黄边面积SDy、红边面积SDr、比值植被指数RVI、差值植被指数DVI、归一化植被指数NDVI 11种光谱植被参数作为该光谱分析的基础,将实测针叶色彩参数值、光谱参数值分别作为自变量,采用多元线性逐步回归方法(SMLR)预估色素含量建立模型,以R^(2)、RMSE为评价标准,对比选出模型精度最高的参数组合应用于实践。研究结果表明:(1)树种间针叶色素含量、色相参数值、光谱反射率均存在一定差异(p色彩参数、光谱反射率、光谱特征参数存在显著线性关系。(4)花青素和叶绿素分别以L,a*和L,a*,b*,S色彩参数组合为自变量时,拟合模型R^(2)最高,分别为0.588和0.638;而类胡萝卜素、叶绿素a、叶绿素b都是以FD_(652),FD_(700),SDb,SDy,RVI,DVI和NDVI光谱参数组合为自变量时,拟合模型R^(2)最高,分别为0.779,0.786,0.774。该研究运用高光谱相机、色彩色差仪、紫外-可见分光光度仪实现了快速预估针叶色素含量,在色彩参数值与光谱值都与色素含量存在显著相关性的基础上,成功选出建立模型精度最高的参数组合,在针叶树种色素预估时可以根据精度需求及研究条件选择不同方法和参数值。

关键词：针叶树种色素含量植物光谱色彩参数

紫薇转色期叶色变化的色彩参数及生理特性研究

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紫薇转色期叶色变化的色彩参数及生理特性研究

作者：徐晴晴河南农业大学

学位级别：硕士

紫薇（Lagerstroemia indica）为千屈菜科紫薇属落叶灌木或小乔木,品种类型多样,园林用途广泛。其中,春季新生嫩叶鲜红、秋季叶除正常叶色外,经常有不同程度的紫色、红色、橙色、黄色等变化,给春季和秋季的园林色彩增添不少元素。为了... 详细信息

紫薇（Lagerstroemia indica）为千屈菜科紫薇属落叶灌木或小乔木,品种类型多样,园林用途广泛。其中,春季新生嫩叶鲜红、秋季叶除正常叶色外,经常有不同程度的紫色、红色、橙色、黄色等变化,给春季和秋季的园林色彩增添不少元素。为了弄清楚这种叶色季相变化的原因,本研究以郑州市常见的紫薇品种为研究对象,首先研究紫薇春季发芽后到叶色稳定以及秋季叶色失绿开始到落叶前（称之为转色期）,其叶色的形态指标和生理指标的变化规律。通过对转色期内叶片的叶色、色彩参数、色素含量等指标的动态变化研究,对紫薇叶片转色期呈色机理进行了初步探讨;其次对无明显转色期的‘速生紫薇’和大花紫薇、有明显转色期的紫薇品种‘红火球’、‘天鹅绒’以及全年紫叶品种‘紫叶丹红’等3种类型的紫薇进行特定光照和干旱处理,探讨了光照和干旱对紫薇转色期及叶色呈色的影响,特别是干旱胁迫下紫薇叶片色素含量、酶活性、可溶性糖含量等生理指标的变化规律。主要研究结果如下:（1）春季转色初期极短幼枝上新生叶为紫色或红色,逐渐转为绿色,整个过程持续2-3周,其叶片叶绿素含量上升;花色素苷含量显著下降;类胡萝卜素含量基本稳定,略有上升,整体维持在0.25-0.45mg/g;不同叶位和不同品种的差异影响着紫薇叶片色素含量及其波动的趋势,同一小枝上不同叶位叶片的花色素苷变化趋势有些差异,上位叶的花色素苷含量都大于其下位叶含量。（2）秋季转色期紫薇的叶色变化较春季更为丰富多样,转色期维持时间也有所延长,为4-5周。‘粉娇容’和‘垂枝粉’叶片前期呈色表现为黄色是因为其叶片类胡萝卜素比叶绿素分解慢,叶片内类胡萝卜素的相对含量较低,此外,‘彩霞满天’和‘红火箭’叶片花色素苷含量积累量更快,也一定程度上造成了紫薇品种间叶色呈色的差异;4个紫薇品种秋季叶片转红主要是花色素苷含量的大幅度升高造成的。色素含量及趋势的不同会对紫薇叶色表达造成一定的影响,4个紫薇品种秋季叶色的变化主要为两种类型,一是由绿色-黄色-橙红色,二是绿色-紫色。（3）春秋两季的转色期内,红绿色相（a*）、黄蓝色相（b*）、色光值（s）、色角度（h）、色泽比（H）、明亮度（L*）和饱和度（C）等7类叶色参数的变化规律是:春季转色初期叶片的a*、s和H为正值,随着转色期逐渐下降至负值,色角度h转色初期为30°-50°,中后期迅速上升达到110°-125°,这与紫薇新叶红色逐渐转绿的现象相对应;L*、C先增加后减小,b*先减小后增加;秋季转色初期紫薇叶片的a*、s、H为负值,随着转色时间的推移上升至正值,色角度h转色初期为105°-125°,中后期迅速下降至15°-40°,与秋叶转红的现象相对应,整体趋势与春季完全相反。相关性分析表明:紫薇叶片花色素苷含量与色彩参数a*、H、h、s呈显著相关;说明紫薇春季新叶叶色褪红与秋叶转红都与花色素苷含量息息相关,Lab模型可一定程度上反应紫薇春季和秋季转色期叶色表达。（4）5000lx的光照处理会影响紫薇叶色表型及叶片生长速度,色素的合成与降解速率较慢,使叶片内色素及花色素苷的积累量减少,对紫薇的生长发育以及叶片观赏性不利;不同光照强度对紫薇转色期叶色表达的影响有所不同,15000lx处理初期‘红火球’和‘天鹅绒’叶色鲜红,叶色多由红转绿,红色持续时间也较长;5000lx处理初期除‘紫叶丹红’和‘天鹅绒’外,其余新生叶叶色较浅,最终转为浅绿色;即使同一光照下,转色开始时各品种花色素苷的积累量也有所不同,会导致叶色表达的不同,这是品种的差异性造成的。光照的减弱对‘紫叶丹红’和‘天鹅绒’叶色的影响相对较小。（5）轻度的干旱胁迫可以使叶片花色素苷和可溶性糖含量以及POD酶活性有所上升,但重度胁迫对紫薇叶片形态和颜色影响较大,造成较大伤害:干旱胁迫期间,5个品种叶片叶绿素含量都呈现显著下降的趋势;部分叶片变黄褪绿,黄色愈发增多直至叶片死亡;另一部分叶片边缘变枯黑、叶片逐渐卷边皱缩至整叶枯萎。通过相关性分析可推测可溶性糖参与了花色素苷的合成,PPO酶可能参与了叶绿素的降解,但POD酶对紫薇叶色的改变无促进作用。干旱胁迫后,各品种叶片PPO活性都有所降低,其中‘红火球’和‘天鹅绒’叶片PPO活性大幅度降低,分别降低了80%和90.7%,‘紫叶丹红’叶片POD活性变化幅度较小。干旱胁迫初期,5个品种紫薇的Fv/Fm都呈现十分缓慢的下降,后期下降速度加快,‘速生紫薇’下降幅度最大。（6）干旱胁迫期间,品种‘紫叶丹红’与其余4个品种叶色参数差异较大,‘红火球’、‘天鹅绒’叶色参数的变化趋势基本吻合,‘速生紫薇’与大花紫薇叶色参数变化趋势较为相似。相关性分析表明,各品种间没有同一色素含量与叶色参数具有显著相关性,各品种叶色变色类型差异较大,干旱胁迫下紫薇的叶色表现可能无法准确的用Lab模型去量化描述。

关键词：紫薇叶色色彩参数转色期

基于UAV成像技术的‘高原红’海棠花期物候监测研究

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北方园艺 2024年第10期 47-54页

作者：范俊俊姜文龙刘星辰夏重立张往祥黄俊金陵科技学院园艺园林学院江苏南京210038 南京国图信息产业有限公司江苏南京210000 南京林业大学林草学院江苏南京210037 南京逐鹿景观工程有限公司江苏南京210028

以‘高原红’海棠(Malus‘Prairifire’)为试材,基于UAV成像技术采集物候期内图像样本并提取色彩参数值(CIE L^(*)a^(*)b^(*)),计算不同采样点及不同物候期的色差值(△E),通过对比△E的变化情况实现海棠物候的动态监测,为实时掌握海棠... 详细信息

以‘高原红’海棠(Malus‘Prairifire’)为试材,基于UAV成像技术采集物候期内图像样本并提取色彩参数值(CIE L^(*)a^(*)b^(*)),计算不同采样点及不同物候期的色差值(△E),通过对比△E的变化情况实现海棠物候的动态监测,为实时掌握海棠物候动态变化情况,适时作出调整策略提供技术参考,同时也为开展花期物候调控相关研究提供参考依据。结果表明:1)利用Photoshop提取航拍图像色彩参数,并基于物候色彩参数进行聚类分析,将其物候划分为萌芽期、展叶期、蕾期、初花期、盛花期、末花期、落叶期、结果期、休眠期,建立了‘高原红’海棠物候色彩参数库;2)计算‘高原红’海棠各物候期内色差△E_(1)及不同物候期间色差△E_(2)范围,并基于各物候期内最大色差△E_(1max)′及不同物候期间最小色差△E_(2min)′,建立了基于色差参数的物候判别方法;3)随机提取了2个日期(3月22日、4月10日)的‘高原红’海棠物候图像色彩参数,通过聚类分析判定2个日期物候图分别处于蕾期和盛花期,结果与实际相符;2个日期物候图间色差(△E_(2)′=21.8)大于蕾期至初花期最小色差(△E_(2min)=9.6),表明此时物候期跨度较大,结果与实际相符。综上,该方法可便捷高效判断海棠花期等物候期情况。

关键词： UAV成像技术 ‘高原红’海棠花期物候色彩参数监测

用图像色彩参数诊断SO_2熏气对小麦的急性伤害

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农业工程学报 2008年第S2期24卷 36-38页

作者：张金恒韩超刘子恒王艳华青岛科技大学生态环境与农业信息化研究所青岛266042 贵州大学理学院贵阳550025

本研究采用简易开顶式熏气装置,对冬小麦进行五个浓度梯度SO2熏气处理C1(27.2mg/m3)、C2(41.3mg/m3)、C3(68.3mg/m3)、C4(81.3mg/m3)和C5(94.3mg/m3)。采用数码相机获取小麦叶片图像,同步测定环境光照强度,分别分析了红(R)、绿(G)、蓝(B... 详细信息

本研究采用简易开顶式熏气装置,对冬小麦进行五个浓度梯度SO2熏气处理C1(27.2mg/m3)、C2(41.3mg/m3)、C3(68.3mg/m3)、C4(81.3mg/m3)和C5(94.3mg/m3)。采用数码相机获取小麦叶片图像,同步测定环境光照强度,分别分析了红(R)、绿(G)、蓝(B)与熏气浓度之间的相关性。研究表明随着熏气浓度的增加R、G、B值均呈现升高的趋势,说明SO2急性伤害直接影响了小麦叶片对可见光的反射特性。尽管色彩参数R、G、B与SO2浓度之间相关性不显著,但是对色彩参数R、G、B与光照强度进行比值处理获得色彩参数光强比值植被指数,该比值指数与SO2熏气浓度之间在0.01水平下存在对数极显著负相关关系,二者之间的拟合方程决定系数达到0.859以上。这说明利用数码图像提取小麦色彩参数诊断SO2对小麦的急性伤害是可行的。

关键词：监测病害诊断图像处理二氧化硫浓度急性伤害色彩参数小麦叶片

红叶石楠转色期叶片色彩参数与色素含量的相关性分析

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河南农业科学 2019年第4期48卷 93-101页

作者：齐睿李小红石博雨王阳田耕白雪张开明河南农业大学林学院河南郑州450002 河南省农业科学院农业经济与信息研究所河南郑州450002

为了确定彩叶植物叶片中花色素苷、叶绿素与类胡萝卜素等色素含量与叶色表现的相关性,建立通过叶色快速预估色素含量的方法,以春夏季转色期的红叶石楠为研究对象,采用分光光度计法测定了不同叶位叶片各色素含量,利用色差仪将不同叶位叶... 详细信息

为了确定彩叶植物叶片中花色素苷、叶绿素与类胡萝卜素等色素含量与叶色表现的相关性,建立通过叶色快速预估色素含量的方法,以春夏季转色期的红叶石楠为研究对象,采用分光光度计法测定了不同叶位叶片各色素含量,利用色差仪将不同叶位叶片的色彩量化,并用SPSS 21.0软件进行了相关性分析,建立回归方程。结果表明,红叶石楠叶片转色期上位叶变化鲜明主要是花色素苷含量显著变化的结果。各叶位叶片叶绿素和类胡萝卜素含量随时间的推移明显增加,同时色彩参数也呈现规律性变化;叶片的色彩参数与花色素苷、叶绿素和类胡萝卜素含量相关性显著,有明显的线性关系,其中,色相a~*、色泽比H、色光值s与花色素苷含量拟合的方程:y=2.611+0.04a~*+2.703H-1.344×10^(-5)s,相关系数r高达0.999。色彩参数能够充分反映色素含量,通过拟合方程可快速准确预估色素含量,并根据叶片转色期的颜色变化确定叶片色素含量变化的规律。

关键词：红叶石楠色彩参数色素含量回归方程

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青稞叶片色彩参数值与生长态势的研究

山地农业生物学报 2019年第6期38卷 76-79页

作者：刘子恒王娟娟甘肃民族师范学院物理与水电工程系

本研究以高原作物“甘青5号”青稞为研究对象,使用数码相机获取青稞叶片的数字图像,分析青稞叶片的色彩参数与生长态势之间的相关性。结果表明:在色彩参数值中,绿光(G)值均大于其他光的值,这是由于相较于其他光,绿色植物对绿光的反射更... 详细信息

本研究以高原作物“甘青5号”青稞为研究对象,使用数码相机获取青稞叶片的数字图像,分析青稞叶片的色彩参数与生长态势之间的相关性。结果表明:在色彩参数值中,绿光(G)值均大于其他光的值,这是由于相较于其他光,绿色植物对绿光的反射更强,青稞叶片的长、宽和表面积会随着色彩参数的增大而改变。构建生长态势与色彩参数的线性模型,发现R值与叶片长度的模型较理想,判定系数均大于0.5,其中4月10日的样品拟合度最好,判定系数达到0.7795。

关键词：青稞叶片生长态势色彩参数相关性

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大蒜叶片色彩参数与生长态势的相关性研究

甘肃高师学报 2020年第2期25卷 33-37页

作者：刘子恒白正海甘肃民族师范学院物理与水电工程系甘肃合作747000

在人工控制环境下,选取农作物大蒜叶片作为研究对象,利用数码相机获取大蒜叶片在不同生长时期的叶片图像,分析了红、绿、蓝光与不同时间段大蒜叶片生长态势之间的相关性.实验结果表明,大蒜叶片色彩数据中,绿光值均大于红光和蓝光值,说... 详细信息

在人工控制环境下,选取农作物大蒜叶片作为研究对象,利用数码相机获取大蒜叶片在不同生长时期的叶片图像,分析了红、绿、蓝光与不同时间段大蒜叶片生长态势之间的相关性.实验结果表明,大蒜叶片色彩数据中,绿光值均大于红光和蓝光值,说明绿色植物对绿光的反射较强.进一步发现,大蒜叶片的长、宽和表面积随着色彩参数的增大而增大,其中与绿光的增大趋势最为明显,均呈正相关.利用数码图像获取大蒜叶片色彩参数诊断大蒜生长态势的方法是可行的.

关键词：大蒜叶片生长态势色彩参数

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应用图像数字化技术进行甘薯氮素营养诊断

江苏农业科学 2023年第8期51卷 92-98页

作者：呼瑶张磊邱鹏飞商丽丽贾礼聪王翠娟韩俊杰王勃辛国胜山东省烟台市农业科学研究院山东烟台265500 烟台大学山东烟台264005

为了研究利用数码图像参数预测甘薯氮素营养指标的可行性,明确氮素营养状况评价的最佳色彩参数和方程模型,以烟薯25号为试材,于2020—2021年分别设置盆栽试验(氮肥水平为0、45、90、135、180 kg/hm2)、大田试验(氮肥水平为0、50、100、... 详细信息

为了研究利用数码图像参数预测甘薯氮素营养指标的可行性,明确氮素营养状况评价的最佳色彩参数和方程模型,以烟薯25号为试材,于2020—2021年分别设置盆栽试验(氮肥水平为0、45、90、135、180 kg/hm2)、大田试验(氮肥水平为0、50、100、150、300 kg/hm2),利用数码相机获取甘薯冠层图像参数,同时测定地上部氮素营养指标,分析不同生育时期甘薯冠层数码图像参数与氮素营养指标的相关性,并构建甘薯氮素营养指标诊断模型。甘薯各生育期冠层图像参数与地上部生物量、叶片氮浓度、叶绿素a含量、叶绿素b含量相关性差异较大,以绿光标准化值NGI与上述氮素营养指标的相关性最好;薯蔓并长期NGI与氮肥用量、地上部生物量、叶片氮浓度、叶绿素a含量的直线方程模型分别为y=17.82x-6.95、y=6 999.70x-2 697.90、y=613.67x-188.78、y=75.38x-26.96;2021年试验验证模型验证结果表明,叶片氮浓度、叶绿素含量的预测值与实测值之间R2分别达到0.835、0.810,均方根误差分别为2.496、0.261,数值表现稳定,验证结果精度较好。生育期内冠层数码图像参数NGI与氮素营养指标间均显著相关,可应用于图像数字化技术预测甘薯氮素营养状况,薯蔓并长期诊断模型以直线方程模型最佳。因此,收获期之前,图像数字化技术可应用于甘薯氮素营养诊断研究,最佳预测图像参数为绿光标准化值NGI,参数最佳方程为直线函数。

关键词：甘薯图像数字化氮素营养诊断方程模型色彩参数

基于UAV成像技术的‘高原红’海棠花期物候监测研究

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北方园艺 2023年

作者：范俊俊姜文龙刘星辰夏重立张往祥黄俊南京国图信息产业有限公司南京林业大学林草学院金陵科技学院园艺园林学院南京逐鹿景观工程有限公司

本研究以‘高原红’海棠(Malus ‘Prairifire’)为研究对象，基于UAV成像技术采集物候期内图像样本并提取色彩参数值(CIE L*a*b*)，计算不同采样点及不同物候期的色差值(△E)，通过对比△E的变化情况实现海棠物候的动态监测，为实时掌... 详细信息

本研究以‘高原红’海棠(Malus ‘Prairifire’)为研究对象，基于UAV成像技术采集物候期内图像样本并提取色彩参数值(CIE L*a*b*)，计算不同采样点及不同物候期的色差值(△E)，通过对比△E的变化情况实现海棠物候的动态监测，为实时掌握海棠物候动态变化情况，适时作出调整策略提供技术参考，同时也为开展花期物候调控相关研究提供方法参考。结果表明:(1)利用Photoshop提取航拍图像色彩参数，并基于物候色彩参数进行聚类分析，将其物候划分为萌芽期、展叶期、蕾期、初花期、盛花期、末花期、落叶期、结果期、休眠期，建立‘高原红’海棠物候色彩参数库；(2)建立基于色差参数的物候判别方法，获得‘高原红’海棠各物候期内色差△E1及不同物候期间色差△E2特征；(3)随机选择任意日期‘高原红’海棠物候图像，基于各物候期内最大色差△E1max’及不同物候期间最小色差△E2min’，实现了物候期正确判读。综上，该方法可便捷高效判断海棠花期等物候期情况。

关键词： UAV成像技术 ‘高原红’海棠花期物候色彩参数监测