為什么選擇高光譜相機(jī)成像技術(shù)對(duì)水稻紋枯病進(jìn)行病害識(shí)別

高光譜成像技術(shù)是一種非接觸式成像技術(shù)，可以通過(guò)獲取物體在不同波長(zhǎng)下的反射和吸收光譜信息來(lái)確定物體的組成和特征。在水稻紋枯病的檢測(cè)中，可以使用高光譜成像設(shè)備掃描患病水稻植株，獲取其葉片在不同波長(zhǎng)下的光譜信息。通過(guò)對(duì)這些光譜數(shù)據(jù)的分析，可以識(shí)別出病害區(qū)域與健康區(qū)域之間的差異，并精確定位紋枯病病害區(qū)域。

高光譜成像技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

高光譜成像技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于可以快速、準(zhǔn)確地識(shí)別水稻紋枯病病害區(qū)域，提高了病害的檢測(cè)效率和精度，并且可以實(shí)現(xiàn)植株全面、非接觸式檢測(cè)。同時(shí)，該技術(shù)也為病害防控和治理提供了有價(jià)值的數(shù)據(jù)和信息，有助于加強(qiáng)對(duì)水稻紋枯病的預(yù)測(cè)、監(jiān)測(cè)和防治，保障水稻生產(chǎn)的質(zhì)量和產(chǎn)量。

高光譜相機(jī)成像技術(shù)與傳統(tǒng)病害診斷方法的比較分析

高光譜相機(jī)成像技術(shù)與傳統(tǒng)病害診斷方法相比，具有更高的準(zhǔn)確性和速度，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)非接觸式成像，避免了傳統(tǒng)診斷方法可能造成的二次傷害。

高光譜相機(jī)成像技術(shù)對(duì)水稻紋枯病的病害識(shí)別應(yīng)用案例

本研究應(yīng)用400-1000nm的高光譜相機(jī)，可采用賽斯拜克技術(shù)有限公司產(chǎn)品SP130M進(jìn)行相關(guān)研究。光譜范圍在400-1000nm，波長(zhǎng)分辨率優(yōu)于2.5nm，可達(dá)1200個(gè)光譜通道。采集速度全譜段可達(dá)128FPS，波段選擇后最高3300Hz（支持多區(qū)域波段選擇）。

精細(xì)農(nóng)業(yè)是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)低耗、高效、優(yōu)質(zhì)與安全的重要途徑。作為我國(guó)第一大糧食作物，水稻的穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)一直是我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)注重點(diǎn)，而及時(shí)有效的病害防治是實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的重要保證。水稻紋枯病是水稻三大病害之一，如果能在水稻患病早期及時(shí)檢測(cè)出受害作物的發(fā)病原因和受害程度，再結(jié)合精細(xì)農(nóng)業(yè)中的變量施藥，就能有效減小水稻病害感染的病變率，縮小危害范圍，切實(shí)有效地提高水稻產(chǎn)量。變量施藥主要是指根據(jù)獲取的作物的病蟲(chóng)害信息，及時(shí)地診斷受害作物的病因以及受害程度，因病治宜、因地制宜、按需按量施用化學(xué)制劑，這樣既能減少化學(xué)制劑的使用量，又能達(dá)到及時(shí)防治的目的。

本研究采用高光譜成像技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)水稻紋枯病的病害識(shí)別。試驗(yàn)對(duì)原始光譜分別進(jìn)行不同的預(yù)處理后建立PLS-DA判別分析模型，得到了較好的效果。以SG、SNV和MSC這3種預(yù)處理方法下預(yù)測(cè)樣本判別的正確率分別為82.8%、92.1%和89.1%，其中以SNV預(yù)處理的光譜建立的PLS-DA 模型正確率最高，而以SG預(yù)處理的光譜建立的PLS-DA模型正確率最低，但正確率均超過(guò)了80%，故這3種方法都是可行的。基于MNF特征信息提取建立的LDA和BPNN判別模型預(yù)測(cè)集的正確率分別為95.3%和98.4%，優(yōu)于基于全部波段建立的PLS-DA模型。綜合比較3種模型，基于MNF特征信息提取建立的BPNN模型取得了最優(yōu)判別效果，建模集和預(yù)測(cè)集正確率分別為99.1%和98.4%。試驗(yàn)結(jié)果表明采用高光譜成像技術(shù)能夠識(shí)別水稻紋枯病，采用MNF算法提取特征信息可以代表原始光譜，并極大地減少計(jì)算量，該算法在水稻病害快速識(shí)別建模過(guò)程中具有廣泛的應(yīng)用前景。

高光譜相機(jī)成像技術(shù)的發(fā)展前景

高光譜相機(jī)成像技術(shù)的發(fā)展前景非常廣闊，可以應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、生態(tài)環(huán)境、食品安全等領(lǐng)域，具有很大的市場(chǎng)開(kāi)發(fā)潛力。與高光譜相機(jī)成像技術(shù)相關(guān)的應(yīng)用領(lǐng)域包括糧食、蔬菜、水果、森林、草地、海洋、資源環(huán)境等領(lǐng)域。 高光譜相機(jī)成像技術(shù)在其他作物病害檢測(cè)方面的應(yīng)用案例包括番茄、玉米、小麥、苗木等作物的病害診斷，其中也涉及了病原菌檢測(cè)等方面的研究。
未來(lái)可以通過(guò)進(jìn)一步積累大量的光譜數(shù)據(jù)和專業(yè)的數(shù)據(jù)分析技能，結(jié)合深度學(xué)習(xí)、人工智能等技術(shù)手段，優(yōu)化高光譜相機(jī)成像技術(shù)的性能，提高水稻紋枯病病害識(shí)別的準(zhǔn)確性和效率。可以將高光譜相機(jī)成像技術(shù)與其他傳感器、檢測(cè)設(shè)備等結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)水稻病害的多維度診斷和監(jiān)測(cè)。