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小麦叶片胁迫状态下的高光谱图像特征分析研究

Investigation of the Hyperspectral Image Characteristics of Wheat Leaves under Different Stress

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摘要

作物在遭受各种胁迫下的长势及健康诊断是精细农业操作的重要环节。高光谱成像技术具有图谱合一的优势, 已成为近年来国内外研究的热点。 本文以叶片尺度的小麦为研究对象, 利用自主研发的成像光谱仪, 采集遭受养分、 病虫害胁迫的小麦叶片高光谱图像, 利用逐像素平均法增强光谱特征, 根据反射率差异进行分析研究。 结果表明, 提取的高光谱能够反映不同叶位叶片的养分差异, 还能利用成像图直观地进行作物养分胁迫程度判断; 利用成像光谱仪2 nm的光谱分辨率和毫米级的空间分辨率, 在作物感染病害时, 既可定量每个叶片的病斑个数, 又能定性地分析感染面积对叶片造成的影响; 在作物遭受虫害时, 可对蚜虫群体甚至单个蚜虫的光谱信息进行提取, 这为定量研究蚜虫对小麦叶片的危害提供了新的手段。 上述结果充分说明成像高光谱在作物长势定量定性分析研究中具有独特的优势。

Abstract

The diagnosis of growing status and vigor of crops under various stresses is an important step in precision agriculture.Hyperspectral imaging technology has the advantage of providing both spectral and spatial information simultaneously, and has become a research hot spot.In the present study, auto-development of the pushbroom imaging spectrometer (PIS) was utilized to collect hyperspectral images of wheat leaves which suffer from shortage of nutrient, pest and disease stress.The hyperspectral cube was processed by the method of pixel average step by step to highlight the spectral characteristics, which facilitate the analysis based on the differences of leaves reflectance.The results showed that the hyperspectra of leaves from different layers can display nutrient differences, and recognize intuitively different stress extent by imaging figures.With the 2 nanometer spectral resolution and millimeter level spatial resolution of PIS, the number of disease spot can be qualitatively calculated when crop is infected with diseases, and, the area of plant disease could also be quantitatively analyzed; when crop suffered from pest and insect, the spectral information of leaves with single aphid and aphids can be detected by PIS, which provides a new means to quantitatively detect the aphid destroying of wheat leaf.The present study demonstrated that hyperspecral imaging has a great potential in quantitative and qualitative analysis of crop growth.

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补充资料

中图分类号:S127

基金项目:国家自然科学基金项目(41071276, 41071228), 国家高新技术研究发展计划(863计划)项目(2010AA10Z201)和农业部行业科技项目(200903010)资助

收稿日期:2010-08-21

修改稿日期:2010-11-16

网络出版日期:--

作者单位    点击查看

张东彦:国家农业信息化工程技术研究中心, 北京 100097浙江大学农业遥感与信息技术应用研究所, 浙江 杭州 310029
张竞成:国家农业信息化工程技术研究中心, 北京 100097浙江大学农业遥感与信息技术应用研究所, 浙江 杭州 310029
朱大洲:国家农业信息化工程技术研究中心, 北京 100097
王纪华:国家农业信息化工程技术研究中心, 北京 100097浙江大学农业遥感与信息技术应用研究所, 浙江 杭州 310029
罗菊花:国家农业信息化工程技术研究中心, 北京 100097
赵晋陵:国家农业信息化工程技术研究中心, 北京 100097
黄文江:国家农业信息化工程技术研究中心, 北京 100097

联系人作者:张东彦(hello-lion@hotmail.com)

备注:张东彦, 1982年生, 浙江大学农业遥感与信息技术应用所博士研究生

【1】Inoue Y, Penuelas J.International Journal of Remote Sensing, 2001, 22(18), 3883.

【2】HUANG Hui, WANG Wei, PENG Yan-kun(黄慧, 王伟, 彭彦昆).Spectroscopy and Spectral Analysis(光谱学与光谱分析), 2010, 30(7): 1811.

【3】WANG Wei, PENG Yan-kun, MA Wei(王伟, 彭彦昆, 马伟).Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery(农业机械学报), 2010, 5(41): 172.

【4】ZHANG Dong-yan, SONG Xiao-yu, MA Zhi-hong(张东彦, 宋晓宇, 马智宏).Scientia Agriculture Sinica(中国农业科学), 2010, 43(11): 2239.

【5】TAN Hai-zhen, LI Shao-kun, WANG Ke-ru(谭海珍, 李少昆, 王克如).Acta Agronomica Sinica(作物学报), 2008, 34(10): 1812.

【6】Christian Nansen, Tulio Macedo, Rand Wwanson.International Journal of Remote Sensing, 2009, 30(10): 2447.

【7】TIAN You-wen, LI Tian-lai, ZHANG Lin(田有文, 李天来, 张琳).Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering(农业工程学报), 2010, 26(5): 202.

【8】CHAI A-li, LIAO Ning-fang, TIAN Li-xun(柴阿丽, 廖宁放, 田立勋).Spectroscopy and Spectral Analysis(光谱学与光谱分析), 2010, 30(5): 1357.

【9】CAI Jian-rong, WANG Jian-hei, CHEN Quan-sheng(蔡健荣, 王建黑, 陈全胜).Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering(农业工程学报), 2009, 25(1): 127.

【10】Agelisi.Plant Pathology(植物病理学).Beijing: China Agricultural Press(北京: 中国农业出版社), 2009.

【11】RUILIANG P U.International Journal of Remote Sensing, 2009, 30(11): 2759.

【12】ZHAO Chun-jiang, HUANG Wen-jiang, WANG Ji-hua(赵春江, 黄文江, 王纪华).Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering(农业工程学报), 2006, 22(6): 104.

【13】WANG Ji-hua, ZHAO Chun-jiang, HUANG Wen-jiang(王纪华, 赵春江, 黄文江).Basis and Application of Quantitative Remote Sensing in Agriculture(农业定量遥感基础与应用).Beijing: Science Press(北京: 科学出版社), 2008.141.

【14】Zhang Jingheng, Wang Ke, Bailey J S.Pedosphere, 2006, 16(1): 108.

【15】WANG Yuan-yuan, LI Gui-cai, ZHANG Li-jun(王圆圆, 李贵才, 张立军).Spectroscopy and Spectral Analysis(光谱学与光谱分析), 2010, 30(4): 1070.

引用该论文

ZHANG Dong-yan,ZHANG Jing-cheng,ZHU Da-zhou,WANG Ji-hua,LUO Ju-hua,ZHAO Jin-ling,HUANG Wen-jiang. Investigation of the Hyperspectral Image Characteristics of Wheat Leaves under Different Stress[J]. Spectroscopy and Spectral Analysis, 2011, 31(4): 1101-1105

张东彦,张竞成,朱大洲,王纪华,罗菊花,赵晋陵,黄文江. 小麦叶片胁迫状态下的高光谱图像特征分析研究[J]. 光谱学与光谱分析, 2011, 31(4): 1101-1105

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