植被日光诱导叶绿素荧光是一种可以表征植被光合生产力的重要衡量指标。为了实现对植被日光诱导叶绿素荧光的广域精准探测，设计并研制了一种叶绿素荧光高光谱成像探测仪。该成像探测仪使用了基于棱镜-体相位全息透射光栅的全透射式光学系统，在高数值孔径（0.25）的基础上实现了高光学性能：可在20°视场和670~780 nm（可扩展至650~800 nm）工作波段实现1 mrad的空间角分辨率、0.3 nm的光谱分辨率和优于100的信噪比。由系统设计结果、样机测试结果和应用数据分析结果可知，样机完全满足设计要求。本仪器可为农林监测和碳循环观测提供重要的科学数据，并可作为陆地植被光合作用中有效的新型观测手段。

小麦条锈病是影响我国小麦产量的主要病害之一, 在小麦受到条锈病菌侵染初期探测到病害信息, 对小麦条锈病的防控以及产量和品质的提高具有更为重要的意义。 反射率光谱主要反映植被生化组分的浓度信息, 而日光诱导叶绿素荧光则对植物光合生理变化响应灵敏。 为了更好地实现小麦条锈病病情严重度的遥感探测, 尤其是条锈病的早期探测, 对日光诱导叶绿素荧光和反射率光谱数据监测小麦条锈病病情严重度的敏感性进行了对比分析。 首先利用地物光谱仪测定了不同病情严重度的小麦冠层光谱数据, 基于夫琅和费暗线原理利用3FLD(three-band Fraunhofer Line Discrimination)方法提取了小麦条锈病不同病情严重度下的日光诱导叶绿素荧光数据, 然后分别利用反射率光谱数据和日光诱导叶绿素荧光数据构建小麦条锈病不同发病状态下的遥感探测模型, 并通过保留样本交叉检验方式对预测模型精度进行了评价。 结果表明: （1）当小麦条锈病病情指数低于20%时, 日光诱导叶绿素荧光对小麦条锈病病害信息的响应比反射率光谱数据更为敏感, 以日光诱导叶绿素荧光为自变量构建的小麦条锈病病情严重度预测模型达到了极显著性水平, 能够在植被叶绿素含量或叶面积指数发生变化之前探测到植物的胁迫状态, 实现作物病害的早期诊断, 而反射率光谱数据则难以探测到条锈病病害信息; （2）在小麦条锈病病情严重度处于中度发病(20%＜DI≤45%)状态时, 虽然日光诱导叶绿素荧光和反射率光谱数据均能实现小麦条锈病病情严重度的遥感探测, 但利用日光诱导叶绿素荧光数据构建的预测模型优于反射率光谱数据; （3）当小麦条锈病病情严重度达到重度水平(DI＞45%)时, 利用反射率光谱数据和日光诱导叶绿素荧光数据构建的小麦条锈病病情严重度预测模型均达到了极显著性水平, 两种数据均能够较好地实现小麦条锈病病情严重度的遥感探测。 该研究结果对提高小麦条锈病的遥感探测精度具有重要的意义, 为利用TanSat等卫星的荧光数据进行小麦条锈病的早期探测提供了参考依据。

植被叶绿素荧光与光合作用关系密切, 被认为是光合作用的有效探针。 该研究利用成像高光谱传感器和无人飞艇构建了一套适用于低空叶绿素荧光探测的系统。 针对低空叶绿素荧光探测中, 太阳下行辐射光谱难以获取的情况, 基于已有的aFLD方法, 提出一种新的叶绿素荧光提取方法a3FLD, 该方法利用了非荧光发射体, 且考虑植被反射率在夫琅和费线附近的变化。 通过模拟数据以及实测数据对两种提取结果进行了比较。 模拟数据分析结果显示: 当地物的反射率在夫琅和费线附近存在一定的变化时, a3FLD计算得到的荧光值误差小于aFLD, 地物反射率变化越大, a3FLD的改进越明显。 对低空高光谱影像数据的分析显示: aFLD和a3FLD提取不同植被的日光诱导叶绿素荧光相对大小关系相一致, 与作物所处的生长阶段吻合。 但aFLD荧光提取值比a3FLD高15%左右。 aFLD的结果中有部分非荧光发射体得到较强荧光, a3FLD能改进此问题。 结果显示, 利用该系统和方法能够成功地提取到植被叶绿素荧光, 且所提出a3FLD方法提取的结果优于aFLD方法。

结合FluorMOD模型模拟数据与利用光谱分辨率3.3 nm、 光谱采样间隔为0.71~0.74 nm近地面成像高光谱系统获取的抽穗期小麦高光谱影像比较3种基于夫琅和费线暗线的提取方法(FLD, 3FLD和iFLD)的精确性和稳定性。 结果表明当光谱分辨率为3.3 nm时, 在760 nm附近的O2-A波段可以有效提取日光诱导叶绿素荧光, 而在687 nm附近的O2-B波段不适合。 当存在噪声时, FLD和3FLD的稳定性高于iFLD, FLD倾向于高估荧光值。