本发明涉及农作物生长指标监测技术领域，尤其是涉及一种测定植株含水量方法和装置。
背景技术：
通过定期测量植株含水量，获取植株在不同生长发育阶段的水分状况(例如亏缺、正常或过剩)、营养生长和生殖生长是否协调，进而为灌溉等栽培管理措施与调节植株的生长发育速度和方向提供了直观的监测指标。
在进行植株含水量测定的相关技术中时，采用烘干法，即在大田环境下对植株进行破坏性取样，带回室内，先称量鲜样，后放入烘箱中，烘至恒重再称干重，植株含水量＝(鲜重-干重)/鲜重。但是这种方法不仅存在耗时长、效率低和代表性不强等问题，同时会给植株带来扰动，影响植株的生长，产量亦受到影响。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供测定植株含水量方法和装置，大大减少了测定的时间，提高了获得植株田地的平均含水量的速度，避免给植株带来扰动影响植株产量。
第一方面，本发明实施例提供了一种测定植株含水量方法，包括：获取植株田地的图像；从所述植株田地的图像中，提取植株冠层的颜色信息；根据所述植株冠层的颜色信息，计算所述植株田地的平均含水量。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述植株冠层的颜色信息为所述植株冠层的rgb信息；所述根据所述植株冠层的颜色信息，计算所述植株田地的平均含水量的步骤，包括：根据所述植株冠层的所述rgb信息，得到所述植株冠层的颜色特征值；根据所述颜色特征值，计算所述植株田地的平均含水量。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述根据所述植株冠层的rgb信息，得到所述植株冠层的颜色特征值，包括：根据所述植株冠层的rgb信息，得到所述植株冠层的平均r值、平均g值和平均b值；根据所述平均r值、平均g值和平均b值，计算所述植株冠层的颜色特征值。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述根据所述平均r值、平均g值和平均b值，计算所述植株冠层的颜色特征值的步骤，包括：
采用以下计算算式，计算所述植株冠层的颜色特征值：
其中，r为所述植株冠层的颜色特征值，
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述根据所述颜色特征值，计算所述植株田地的平均含水量的步骤，包括：
采用以下计算算式，计算所述植株田地的平均含水量：
pwc＝-4.15r+2.02
其中，pwc为所述植株田地的平均含水量，r为所述植株冠层的所述颜色特征值。
第二方面，本发明实施例还提供一种测定植株含水量装置，包括：获取模块，用于获取植株田地的图像；提取模块，用于从所述植株田地的图像中，提取植株冠层的颜色信息；计算模块，用于根据所述植株冠层的颜色信息，计算所述植株田地的平均含水量。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述植株冠层的颜色信息为所述植株冠层的rgb信息；所述计算模块，具体用于：根据所述植株冠层的所述rgb信息，计算所述植株田地的颜色特征值；根据所述颜色特征值，计算所述植株田地的平均含水量。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，所述计算模块中的根据所述植株冠层的所述rgb信息，计算所述植株田地的颜色特征值，具体包括：根据所述植株冠层的rgb信息，得到所述植株冠层的平均r值、平均g值和平均b值；根据所述平均r值、平均g值和平均b值，计算所述植株冠层的颜色特征值。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中，所述计算模块中的根据所述平均r值、平均g值和平均b值，计算所述植株冠层的颜色特征值，具体包括：采用以下计算算式，计算所述植株冠层的颜色特征值：
其中，r为所述植株冠层的颜色特征值，
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第四种可能的实施方式，其中，所述计算模块中根据所述颜色特征值，计算所述植株田地的平均含水量的步骤，包括：
采用以下计算算式，计算所述植株田地的平均含水量：
pwc＝-4.15r+2.02
其中，pwc为所述植株田地的平均含水量，r为所述植株冠层的所述颜色特征值。
第三方面，本发明实施例还提供一种数据处理服务器，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述实施例任一项所述的方法的步骤。
第四方面，本发明实施例还提供一种测定植株含水量系统，包括：图像采集器、控制器和数据处理服务器，所述数据处理服务器为根据上述实施例所述的数据处理服务器，所述图像采集器、所述控制器和所述数据处理服务器三者相互连接；所述控制器用于控制所述图像采集器采集植株田地的图像，并控制所述图像采集器将采集到的植株田地的图像发送给所述数据处理服务器；数据处理服务器用于根据图像采集器发送的植株田地的图像，计算植株田地的平均含水量，并将所述植株田地的平均含水量发送给所述控制器，以便技术人员通过所述控制器查看植株田地的平均含水量。
本发明实施例带来了以下有益效果：通过获取植株田地的图像，从植株田地的图像中，提取植株冠层的颜色信息，再根据植株冠层的颜色信息，计算植株田地的平均含水量，本发明可以通过获取植株田地的图像，就可以计算植株田地的平均含水量，大大减少了测定的时间，提高了获得植株田地的平均含水量的速度，避免给植株带来扰动影响植株产量。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明第一实施例提供的测定植株含水量方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的计算植株田地的平均含水量的示意图；
图3为采用烘干法测定的植株田地的平均含水量与采用本发明的方法测得的植株田地的平均含水量的对比曲线图；
图4为本发明第二实施例提供的测定植株含水量装置的结构图；
图5为本发明第四实施例提供的测定植株含水量系统的结构图。
图标：
400-测定植株含水量装置；410-获取模块；420-提取模块；430-计算模块；500-测定植株含水量系统；510-图像采集器；520-控制器；530-数据处理服务器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
目前由于传统的采用烘干法，存在耗时长、效率低和代表性不强等问题，同时也会给植株带来扰动，影响植株的生长，产量亦受到影响。并且，植株冠层的颜色在植株冠层具有不同含水量时会有所差异。基于此，本发明实施例提供的一种测定植株含水量方法和装置，可以通过获取植株田地的图像，从植株田地的图像中，提取植株冠层的颜色信息，再根据植株冠层的颜色信息，计算植株田地的平均含水量，减少测定的时间，提高获得植株田地的平均含水量的速度，同时也由于获取图像时，不接触到植株，可以避免给植株带来扰动影响植株产量。
实施例一：
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明第一实施例所公开的一种测定植株含水量方法进行详细介绍，参考图1所示，包括：
s110：获取植株田地的图像。
具体来说，选取待测的一块植株田地，使用图像采集设备采集植树田地的图像，其中图像采集设备可以为照相机，也可以为具有摄像功能的移动终端，例如：手机、平板电脑，等等。
可选的，可以在晴朗、室外、自然光照的条件下，获取植株田地的图像。
可选的，图像采集设备垂直地面拍摄植株田地的图像，这样获取到的植株田地的俯视图，俯视图中植株上无阴影，提高了后续计算植株田地的平均含水量的准确率。
s120：从植株田地的图像中，提取植株冠层的颜色信息。
其中，植株冠层的颜色信息为植株冠层的rgb信息。rgb即是代表红(r)、绿(g)、蓝(b)三个通道的颜色。
具体来说，从植株田地的图像中，将植株冠层的图像中绿色冠层分割出来，提取植株绿色冠层的的r、g、b值，即提取分割出的具有植株绿色冠层的图像中的各个像素点的r、g、b值。
s130：根据植株冠层的颜色信息，计算植株田地的平均含水量。
具体来说，步骤s130：根据植株冠层的rgb信息，得到植株冠层的颜色特征值；根据颜色特征值，计算植株田地的平均含水量。其中，根据植株冠层的rgb信息，得到植株冠层的颜色特征值，包括：根据植株冠层的rgb信息，得到植株冠层的平均r值、平均g值和平均b值；根据平均r值、平均g值和平均b值，计算植株冠层的颜色特征值。
可选的，根据平均r值、平均g值和平均b值，计算植株冠层的颜色特征值的步骤，包括：
采用以下计算算式，计算植株冠层的颜色特征值：
其中，r为植株冠层的颜色特征值，
根据上述计算得到的待测植株田地的r值，计算植株田地的平均含水量：采用以下计算算式：
pwc＝-4.15r+2.02(2)
其中，pwc为植株田地的平均含水量，r为植株冠层的所述颜色特征值。
其中，算式(2)是在大田环境下，通过水分梯度试验获取的，作为一个示例，以下以小麦麦田为例，详细获得方法如下：
f1、在大田环境下，采用定额灌溉的方法，设置小麦不同水分梯度的田间试验。其中，水分梯度从拔节期开始，在拔节期之前，小麦各处理的水分状况相同。每次处理均在天气晴朗的环境状况下选择3个长势均匀一致的地点进行拍照，得到小麦冠层数码照片。
从小麦拔节期开始，在拔节期、孕穗期、抽穗期、开花期和灌浆期均在上午10:00-12:00范围内使用图像采集设备垂直地面获取待测小麦植株大田的数字图像，同时，在待测小麦大田中选择任意3个长势相同的小麦植株进行破坏性取样，带回室内，先称鲜重，后放入烘箱内烘至恒重，计算出植株含水量。
f2、采用烘干法，在拔节期、孕穗期、抽穗期、开花期和灌浆期的五个时期，在待测小麦大田中选择任意3个长势相同的小麦植株的含水量进行平均值计算。
f3、用图像分析软件对得到的小麦冠层的图像进行分析，获取采用烘干法相应测量时间的小麦冠层r、g、b，由小麦冠层的r、g、b，计算小麦冠层的r、g、b值，其中，计算算式分别为：计算公式为r＝r/(r+g+b)、g＝g/(r+g+b)、b＝b/(r+g+b)，同样的，获取拔节期、孕穗期、抽穗期、开花期和灌浆期五个时期的待测小麦大田的小麦植株冠层r、g、b和r、g、b的平均值。
f4、建立直角坐标系，其中横坐标x分别代表了小麦冠层的r、g、b和r、g、b值，纵坐标y代表了小麦植株的含水量的值。将小麦各关键生育时期所获得的平均r值、平均g值、平均b值和r、g、b值与植株的平均含水量分别就行整合，分别获得拟合曲线和拟合公式，通过比较，筛选出最优的颜色指标(即颜色特征值)和拟合关系。
参照图2，所述图2表示本实施例中对多个水分处理进行多次重复试验获取的麦田中的小麦植株含水量和小麦冠层颜色特征值的曲线示意图，由图2可以看出计算得到的公式为pwc＝-4.15r+2.02，r为筛选出的最优的颜色指标，r表示麦田数字图像中相对r值，pwc表示麦田数字图像中植株含水量。
参照图3，通过烘干法测得的小麦植株含水量与通过本实施例的预测的小麦植株含水量的对比1：1图，由图3可知：本发明中预测的植株含水量与实测植株含水量的误差较小，可以达到实际应用的要求。而且，因此本发明的测定方法，与传统方法相比，本发明的测定方法时间大大减少，可实现植株含水量监控的无人化、自动化和信息化，大大提高了工作效率，降低了人工成本。
实施例二：
参见图4所示，本发明第二实施例公开了一种测定植株含水量装置400，包括：获取模块410、提取模块420和计算模块430。
其中，获取模块410，用于获取植株田地的图像。提取模块420与获取模块410相连，提取模块420用于从所述植株田地的图像中，提取植株冠层的颜色信息。计算模块430与提取模块420相连，计算模块430用于根据所述植株冠层的颜色信息，计算所述植株田地的平均含水量。
本发明提供的测定植株含水量装置，通过获取模块获取的植株田地的图像，提取模块从植株田地的图像中，提取植株冠层的颜色信息，再根据植株冠层的颜色信息，计算模块计算植株田地的平均含水量，本发明提供的装置大大减少了测定的时间，提高了获得植株田地的平均含水量的速度，避免给植株带来扰动影响植株产量。
在一些可选的实施例中，植株冠层的颜色信息为所述植株冠层的rgb信息；计算模块430，具体用于：根据所述植株冠层的所述rgb信息，计算所述植株田地的颜色特征值；根据所述颜色特征值，计算所述植株田地的平均含水量。
在一些可选的实施例中，计算模块430中的根据所述植株冠层的所述rgb信息，计算所述植株田地的颜色特征值，具体包括：根据所述植株冠层的rgb信息，得到所述植株冠层的平均r值、平均g值和平均b值；根据所述平均r值、平均g值和平均b值，计算所述植株冠层的颜色特征值。
在一些可选的实施例中，计算模块430中的根据所述平均r值、平均g值和平均b值，计算所述植株冠层的颜色特征值，具体包括：采用以下计算算式，计算所述植株冠层的颜色特征值：
其中，r为所述植株冠层的颜色特征值，
在一些可选的实施例中，计算模块430中根据所述颜色特征值，计算所述植株田地的平均含水量的步骤，包括：
采用以下计算算式，计算所述植株田地的平均含水量：
pwc＝-4.15r+2.02
其中，pwc为所述植株田地的平均含水量，r为所述植株冠层的所述颜色特征值。
本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。
实施例三：
本发明第三实施例提供了一种数据处理服务器，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述实施例任一项所述的方法的步骤。
其中，存储器可能包含高速随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatilememory)，例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个通信接口(可以是有线或者无线)实现该系统网元与至少一个其他网元之间的通信连接，可以使用互联网，广域网，本地网，城域网等。存储器用于存储程序，所述处理器在接收到执行指令后，执行所述程序，前述本发明实施例任一实施例揭示的流过程定义的装置所执行的方法可以应用于处理器中，或者由处理器实现。
处理器可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(centralprocessingunit，简称cpu)、网络处理器(networkprocessor，简称np)等；还可以是数字信号处理器(digitalsignalprocessing，简称dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，简称asic)、现成可编程门阵列(field-programmablegatearray，简称fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
本发明实施例提供的数据处理服务器，处理器执行获取的植株田地的图像，从植株田地的图像中，提取植株冠层的颜色信息，再根据植株冠层的颜色信息，计算植株田地的平均含水量，使得大大减少了测定的时间，提高了获得植株田地的平均含水量的速度，避免给植株带来扰动影响植株产量。
实施例四：
结合图5所示，本发明第四实施例提供了一种测定植株含水量系统500，包括：图像采集器510、控制器520和数据处理服务器530，数据处理服务器530为根据上述实施例所述的数据处理服务器，图像采集器510、控制器520和数据处理服务器530三者相互连接。
其中，控制器520用于控制图像采集器510采集植株田地的图像，并控制图像采集器510将采集到的植株田地的图像发送给数据处理服务器530。数据处理服务器530用于根据图像采集器510发送的植株田地的图像，计算植株田地的平均含水量，并将植株田地的平均含水量发送给控制器520，以便技术人员通过控制器520查看植株田地的平均含水量。
对于图像采集器510，在麦田中安装图像采集器510为实时图像采集设备，实时的图像采集器510与控制器520通过无线连接。
因为移动终端具有便携性和智能性，再结合利用手机的图像处理和分析功能，所以本实施例中所述麦田的覆盖度可以通过移动终端获取，即：图像采集器510可以为移动终端，最后通过本实施例中所述的算式计算小麦植株的平均含水量，实现小麦植株平均含水量的快速测定。
另外，图像采集器510还可以为摄像头，在小麦的大田中安装摄像头，可以定时抓拍小麦田间图像并传回数据处理服务器530，利用数据处理服务器530的功能化软件，获取小麦冠层颜色特征值，计算小麦植株的平均含水量，对小麦植株的平均含水量进行无人实时监控，实现小麦植株的平均含水量的自动传感，以便工作人员通过麦田中植株含水量监测值进行灌溉。
其中，数据处理服务器530将计算得到的小麦植株的平均含水量发送给控制器520，使得本领域的技术人员通过控制器520显示的小麦植株的平均含水量，再结合历史数据，做出灌溉决策。
本发明实施例提供的测定植株含水量系统，将图像采集器、控制器和数据处理服务器三者相互连接，控制器实现控制图像采集器采集植株田地的图像，并控制图像采集器将采集到的植株田地的图像发送给数据处理服务器，数据处理服务器实现根据图像采集器发送的植株田地的图像，快速计算植株田地的平均含水量，并将植株田地的平均含水量发送给控制器，不仅能够大大减少了测定的时间，提高了获得植株田地的平均含水量的速度，避免给植株带来扰动影响植株产量，同时也使得测定植株含水量的方式更加智能化和自动化，降低人工成本。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对步骤、数字表达式和数值并不限制本发明的范围。
在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。