紅外熱成像檢測技術用于農藥變量噴灑監測

馬偉 王秀 矯雷子 徐波

背景

由于大自然中黑體輻射現象，任何物體都依據溫度的不同對外進行電磁波輻射。波長為2.0～1000 μm的部分稱為熱紅外線。熱紅外成像利用熱紅外敏感CCD對物體進行成像，能反映出物體表面的溫度場。紅外熱成像的物理學原理就是一個自然的生物紅外輻射源，不斷向周圍發射和吸收紅外輻射。

正常植株的溫度分布具有一定的穩定性和特征性，葉片、莖桿各部位溫度不同，形成了不同的熱場。當植物遭受病害脅迫時，植株根部或葉片等部位發生疾病或功能改變時，會造成氣孔異質性開閉，水分調節失衡，葉表溫度異常改變。該處植株組織相應發生的變化導致植株的局部溫度表現為溫度偏高或偏低。熱成像系統采集植株紅外輻射信息，并轉換為數字信號，按照溫度分布提取添加顏色，形成偽色彩熱圖，利用專用分析軟件可得出圖像上對應點的溫度信息用來分析，最終能夠判斷出植株病灶的部位、類別和嚴重程度，通過作物靶標信息采集為變量施藥提供依據，圖1為基于紅外熱成像的變量施藥原理圖。施藥的霧滴沉積關系到施藥質量的優劣，通過熱紅外成像獲取施藥前后的作物靶標信息差異，可以獲得霧滴在靶標上的沉積水平，對施藥參數的優化提供參考。

信息獲取

變量施藥首要的工作是靶標作物的信息獲取。信息獲取是變量施藥的基礎，根據獲得的施藥對象作物的信息來調整施藥控制參數，實現“有的放矢”的按需施藥控制，主要包括靶標物理形態的識別和定位、作物病害信息的早期檢測。……