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高光谱成像仪与地物光谱仪作物科学应用实验对比

高光谱成像仪与地物光谱仪作物科学应用实验对比

高光谱成像仪与地物光谱仪作物科学应用实验对比

高光谱相机是在连续光谱测量的基础上,同步进行可视化成像,具有图谱合一的独特优势。既可以观测到作物不同胁迫症状的空间特征,又可获取受胁迫作物的光谱信息,综合地反映作物遭受胁迫的程度。目前高光谱成像已经成为国内外研究的热点,学者们利用高光谱成像技术定量化地提取作物所遭受的各种胁迫特征,利用高分辨率的图像对叶片的物理性状、表型特征进行分析,从而进行多维度作物生理生态及内部机理探测研究。

传统的地物光谱仪仅能采集单一的光谱数据,其点测量(Spot measurement)数据采集方式造成测量效率低、误差大(比如几乎没法精准病斑测量)等缺点,且数据分析非常耗时。IQ智能高光谱相机具备智能化、高通量面测量、在线实时分析等特点,一举解决了高通量+光谱测量+成像分析问题,革新了作物表型研究、性状分析、病虫害监测研究的技术手段。

近日,我公司使用IQ便携式智能高光谱相机与ASD便携式地物光谱仪同时进行野外作物实地光谱数据采集及对比实验。

本实验使用以上两种仪器同时对试验田中的小麦进行数据采集,分别获取了同一区域的高光谱数据和图像信息。IQ采取内置推扫CCD成像技术,体积小、重量轻、能耗低,可更充分的测量每个地面分辨单元的能量,增加相对信噪比。ASD便携式地物光谱仪单次采集数据为视场内所有地物的平均光谱数据,仅得到一条光谱曲线;IQ获取的高光谱图像每个像素点都有其特有的光谱曲线,对地物的研究提供更精确度全面的信息。

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图1  ASD高光谱数据结果(左图)、IQ高光谱成像数据结果(右图)

IQ相机自带数据分析及建模软件,可进行快速结果分析、自定义App操作,在一些恶劣环境下还可远程控制IQ相机进行数据采集;数据集可直接导入ENVI等通用光谱分析专业软件,进行进一步的分析。

试验田中有一区域的小麦患白粉病较严重,健康小麦(橙色曲线)和患病小麦(绿色曲线)在400-1000nm范围有明显的反射差异,如下图所示。

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2 健康小麦和患白粉病小麦的光谱差异图

基于IQ高光谱成像数据,我们现场即快速进行了建模分析,当即完成该区域白粉病小麦的光谱模型创建。然后在创建的模型上对其他患病区域进行验证,通过对比,自动检测到的小麦白粉病位置与实际位置匹配度较高,完全满足野外快速筛查植物病的需求。

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3 基于自定义APP快速识别小麦患白粉病区域

IQ作为一款智能、便携的手持式科研高光谱仪,集高光谱数据采集、分析处理、结果可视化等功能特点于一体。相比地物光谱仪获取的目标高光谱信息更精确全面,同时又能获取目标的空间特征信息,图谱合一,为数据处理和分析提供更详细的信息。此外,IQ还可通过无线WIFI进行远程控制,从而实现无需人工值守的智能化操控作业。在作物表型研究、病虫害检测、抗性筛选和物种快速识别等研究应用中具有不可比拟的优势。

除此之外,在精准农业、遗传育种、食品检测、艺术品鉴定、考古文博应用、医学检测、动物行为研究等领域,IQ智能高光谱相机也有着广泛的应用前景。

易科泰生态技术公司全面提供作物科学研究高光谱成像技术创新应用方案及叶绿素荧光技术方案,EcoLab实验室提供合作实验和作物表型检测技术服务。