高光譜成像儀與地物光譜儀作物科學(xué)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)對比

      高光譜相機(jī)是在連續(xù)光譜測量的基礎(chǔ)上，同步進(jìn)行可視化成像，具有圖譜合一的*優(yōu)勢。既可以觀測到作物不同脅迫癥狀的空間特征，又可獲取受脅迫作物的光譜信息，綜合地反映作物遭受脅迫的程度。目前高光譜成像已經(jīng)成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，學(xué)者們利用高光譜成像技術(shù)定量化地提取作物所遭受的各種脅迫特征,利用高分辨率的圖像對葉片的物理性狀、表型特征進(jìn)行分析，從而進(jìn)行多維度作物生理生態(tài)及內(nèi)部機(jī)理探測研究。

      傳統(tǒng)的地物光譜儀僅能采集單一的光譜數(shù)據(jù)，其點(diǎn)測量（Spot measurement）數(shù)據(jù)采集方式造成測量效率低、誤差大（比如幾乎沒法精準(zhǔn)病斑測量）等缺點(diǎn)，且數(shù)據(jù)分析非常耗時(shí)。IQ智能高光譜相機(jī)具備智能化、高通量面測量、在線實(shí)時(shí)分析等特點(diǎn)，一舉解決了高通量+光譜測量+成像分析問題，革新了作物表型研究、性狀分析、病蟲害監(jiān)測研究的技術(shù)手段。

      近日，我公司使用IQ便攜式智能高光譜相機(jī)與ASD便攜式地物光譜儀同時(shí)進(jìn)行野外作物實(shí)地光譜數(shù)據(jù)采集及對比實(shí)驗(yàn)。

      本實(shí)驗(yàn)使用以上兩種儀器同時(shí)對試驗(yàn)田中的小麥進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，分別獲取了同一區(qū)域的高光譜數(shù)據(jù)和圖像信息。IQ采取內(nèi)置推掃CCD成像技術(shù)，體積小、重量輕、能耗低，可更充分的測量每個(gè)地面分辨單元的能量，增加相對信噪比。ASD便攜式地物光譜儀單次采集數(shù)據(jù)為視場內(nèi)所有地物的平均光譜數(shù)據(jù)，僅得到一條光譜曲線；IQ獲取的高光譜圖像每個(gè)像素點(diǎn)都有其*的光譜曲線，對地物的研究提供更精確度全面的信息。

圖1  ASD高光譜數(shù)據(jù)結(jié)果（左圖）、IQ高光譜成像數(shù)據(jù)結(jié)果（右圖）

      IQ相機(jī)自帶數(shù)據(jù)分析及建模軟件，可進(jìn)行快速結(jié)果分析、自定義App操作，在一些惡劣環(huán)境下還可遠(yuǎn)程控制IQ相機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；數(shù)據(jù)集可直接導(dǎo)入ENVI等通用光譜分析專業(yè)軟件，進(jìn)行進(jìn)一步的分析。

      試驗(yàn)田中有一區(qū)域的小麥患白粉病較嚴(yán)重，健康小麥（橙色曲線）和患病小麥（綠色曲線）在400-1000nm范圍有明顯的反射差異，如下圖所示。

圖2 健康小麥和患白粉病小麥的光譜差異圖

     基于IQ高光譜成像數(shù)據(jù)，我們現(xiàn)場即快速進(jìn)行了建模分析，當(dāng)即完成該區(qū)域白粉病小麥的光譜模型創(chuàng)建。然后在創(chuàng)建的模型上對其他患病區(qū)域進(jìn)行驗(yàn)證，通過對比，自動(dòng)檢測到的小麥白粉病位置與實(shí)際位置匹配度較高，*野外快速篩查植物病的需求。

圖3 基于自定義APP快速識別小麥患白粉病區(qū)域

      IQ作為一款智能、便攜的手持式科研高光譜儀，集高光譜數(shù)據(jù)采集、分析處理、結(jié)果可視化等功能特點(diǎn)于一體。相比地物光譜儀獲取的目標(biāo)高光譜信息更精確全面，同時(shí)又能獲取目標(biāo)的空間特征信息，圖譜合一，為數(shù)據(jù)處理和分析提供更詳細(xì)的信息。此外，IQ還可通過無線WIFI進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，從而實(shí)現(xiàn)無需人工值守的智能化操控作業(yè)。在作物表型研究、病蟲害檢測、抗性篩選和物種快速識別等研究應(yīng)用中具有不可比擬的優(yōu)勢。

      除此之外，在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、遺傳育種、食品檢測、藝術(shù)品鑒定、考古文博應(yīng)用、醫(yī)學(xué)檢測、動(dòng)物行為研究等領(lǐng)域，IQ智能高光譜相機(jī)也有著廣泛的應(yīng)用前景。

      易科泰生態(tài)技術(shù)公司全面提供作物科學(xué)研究高光譜成像技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用方案及葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)方案，EcoLab實(shí)驗(yàn)室提供合作實(shí)驗(yàn)和作物表型檢測技術(shù)服務(wù)。