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高光谱成像技术在农业上有何具体的应用?

发布时间:2023-08-11
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高光谱成像技术是一种将传统图像与光谱图像融合的综合性技术,既可以获取研究对象的空间信息,又可以采集到光谱信息,其在农业上的应用充分利用了高光谱图谱合一的优点,能够精准监测作物长势及营养状况,为精准农业服务。本文介绍了高光谱成像技术在农业上的具体应用,感兴趣的朋友可以了解一下!

高光谱成像技术是一种将传统图像与光谱图像融合的综合性技术,既可以获取研究对象的空间信息,又可以采集到光谱信息,其在农业上的应用充分利用了高光谱图谱合一的优点,能够精准监测作物长势及营养状况,为精准农业服务。本文介绍了高光谱成像技术在农业上的具体应用,感兴趣的朋友可以了解一下!

高光谱成像技术

传统农业检测技术概况:

农业作为国民经济的三大产业之一,是国民经济中最根本的物质需求基础。农业是人类生产与生活的衣食之源、生存之本。农业生产的发展直接影响国民经济全局,保证农作物的安全性、食用性和可靠性,直接关系到消费者的饮食安全和健康。由于生产技术粗糙,为了提高农作物的产量,过量使用农药和化肥等化学物品的现象在我国农业生产中仍普遍存在,使得农产品质量无法从源头上得到保证。传统的检测方法主要基于化学检测和物理检测,需要耗费大量的时间、人力、物力和财力,因此,急需发展建立快捷、无损、高效的检测或监控技术。

高光谱成像技术能够同时体现一维表征像元光谱信息和目标二维空间景象的物理属性,并且具有较高的分辨率和图谱合一的属性,目前,已经有许多研究致力于将该技术引入农业生产,服务“三农”发展。


高光谱成像技术的系统组成部分:

高光谱成像技术的系统由硬件平台和软件处理两部分组成,其由高光谱机(CCD摄像机),采样、漫射光源,电动盘,传送带和连接板和连接块主要这个部分组成。

高光谱成像仪收集图像信息包括物理和化学成分。图像被漫射光源散射并投射到探测器阵列上。图像的光谱长度包括可见光和近红外光。然后在PC上校正,尺寸减小,建模和确定由高光谱成像器收集的图像。


高光谱成像技术在农业上的具体应用:

高光谱成像技术是一种将传统图像与光谱图像融合的综合性技术,既可以获取研究对象的空间信息,又可以采集到光谱信息,其在农业上的应用充分利用了高光谱图谱合一的优点,能够精准监测作物长势及营养状况,为精准农业服务。其在农业中的具体应用体现在以下几个方面:

1.农作物营养分析与施肥效果评估

为了准确区分和分析番茄氮、磷、钾的营养水平,研究人员通过逐步回归、偏最小二乘回归和主成分回归,并建立了相关的模型比例图进行分析,在结果上得出,高光谱成像技术在其营养成分含量上的测量可以实现精度高、效率快。两者的研究表明,高光谱成像技术在技术特征上具备有成效高、无损检测,并在测量上可以实现精度测量,这对于农作物的营养成分分析和合理施肥有着重要的指导参考。

2.农畜产品质量和安全检测

在实际应用中,高光谱成像技术的应用主要采用非接触检测模式,以避免成像过程中的交叉污染,允许快速、自动化的输送系统,便于多个样本的分析。研究人员采用偏最小二乘法、最小二乘支持向量机和极值学习等方法提取多个方谱区域和样本掩模图像的平均谱,平滑平均谱,利用机器和误差反向传播网络模型,分析了光谱提取区域对猕猴桃果实检测精度的影响。结果表明,偏最小二乘法可以较好地保证猕猴桃糖检测的准确性。综上所述,高光谱成像技术在肉品质量和安全性检测方面具有快速、无损、高效的优点。

3.农作物生长检测和产量估计

作物的光谱特征主要来源于叶片叶绿素、类胡萝卜素、水等化学成分的反射,是作物生长监测的基础。农作物的产量受人为因素、水资源、土壤因素和气候因素的影响,用传统的方法估算作物产量是非常繁琐和有限的。利用高光谱成像技术进行作物估产具有客观和精确的优点。利用卫星上的高光谱图像扫描仪获取植物光谱数据,可以获得植被指数、叶面积指数和叶绿素含量,结合作物本身的生理特性,可以预测作物的产量。

综上所述,高光谱成像技术融合了传统的成像和光谱技术的优点,可以同时获取被检测物体的空间信息和光谱信息,作为一种简便、快捷、光学无损检测的新技术,已经在农业生产中受到广泛关注,并得到应用。

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