高光譜成像技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用概述

柳 芳

（貴州航天智慧農(nóng)業(yè)有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550000）

1 高光譜成像系統(tǒng)概述

1.1 高光譜成像系統(tǒng)的組成

其由硬件平臺(tái)和軟件處理兩部分組成，其由高光譜機(jī)（CCD攝像機(jī)），采樣、漫射光源，電動(dòng)盤(pán)，傳送帶和連接板和連接塊主要這個(gè)部分組成。

1.2 高光譜圖像的獲取和數(shù)據(jù)處理

高光譜成像儀收集圖像信息包括物理和化學(xué)成分。圖像被漫射光源散射并投射到探測(cè)器陣列上。圖像的光譜長(zhǎng)度包括可見(jiàn)光和近紅外光。然后在PC上校正，尺寸減小，建模和確定由高光譜成像器收集的圖像。圖1顯示了具體的操作流程。

2 高光譜成像技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用

2.1 農(nóng)畜產(chǎn)品質(zhì)量和安全檢測(cè)

在實(shí)際應(yīng)用中，高光譜成像技術(shù)的應(yīng)用主要采用非接觸檢測(cè)模式，以避免成像過(guò)程中的交叉污染，允許快速、自動(dòng)化的輸送系統(tǒng)，便于多個(gè)樣本的分析。趙帆等人采用偏最小二乘法、最小二乘支持向量機(jī)和極值學(xué)習(xí)等方法提取多個(gè)方譜區(qū)域和樣本掩模圖像的平均譜，平滑平均譜，利用機(jī)器和誤差反向傳播網(wǎng)絡(luò)模型，分析了光譜提取區(qū)域?qū)ΛJ猴桃果實(shí)檢測(cè)精度的影響。結(jié)果表明，偏最小二乘法可以較好地保證獼猴桃糖檢測(cè)的準(zhǔn)確性。綜上所述，高光譜成像技術(shù)在肉品質(zhì)量和安全性檢測(cè)方面具有快速、無(wú)損、高效的優(yōu)點(diǎn)。

2.2 農(nóng)作物生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)和產(chǎn)量估計(jì)

作物的光譜特征主要來(lái)源于葉片葉綠素、類胡蘿卜素、水等化學(xué)成分的反射，是作物生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)。農(nóng)作物的產(chǎn)量受人為因素、水資源、土壤因素和氣候因素的影響，用傳統(tǒng)的方法估算作物產(chǎn)量是非常繁瑣和有限的。利用高光譜成像技術(shù)進(jìn)行作物估產(chǎn)具有客觀和精確的優(yōu)點(diǎn)。利用衛(wèi)星上的高光譜圖像掃描儀獲取植物光譜數(shù)據(jù)，可以獲得植被指數(shù)、葉面積指數(shù)和葉綠素含量，結(jié)合作物本身的生理特性，可以預(yù)測(cè)作物的產(chǎn)量。

2.3 農(nóng)作物營(yíng)養(yǎng)分析與施肥效果評(píng)估

為了準(zhǔn)確區(qū)分和分析番茄氮、磷、鉀的營(yíng)養(yǎng)水平，劉紅玉等人通過(guò)逐步回歸、偏最小二乘回歸和主成分回歸，并建立了相關(guān)的模型比例圖進(jìn)行分析，在結(jié)果上得出，高光譜成像技術(shù)在其營(yíng)養(yǎng)成分含量上的測(cè)量可以實(shí)現(xiàn)精度高、效率快。兩者的研究表明，高光譜成像技術(shù)在技術(shù)特征上具備有成效高、無(wú)損檢測(cè)，并在測(cè)量上可以實(shí)現(xiàn)精度測(cè)量，這對(duì)于農(nóng)作物的營(yíng)養(yǎng)成分分析和合理施肥有著重要的指導(dǎo)參考。

3 結(jié)語(yǔ)

高光譜成像技術(shù)是將傳統(tǒng)圖像與光譜圖像相結(jié)合的綜合技術(shù)，在農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展運(yùn)用上對(duì)于高光譜圖的運(yùn)用較為廣泛。然而依照現(xiàn)階段的運(yùn)用情況來(lái)說(shuō)，其運(yùn)用存在一定的高成本，這也是限制在農(nóng)村生產(chǎn)中廣泛運(yùn)用的重要因素，外加光譜的收集中容易受到外部環(huán)境的影響，造成采集到處理都需要大量的時(shí)間來(lái)完成，這會(huì)使其在實(shí)時(shí)檢測(cè)中受到局限性，整個(gè)過(guò)程從建立到需要進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和模型轉(zhuǎn)換，樣本的特性可能在一定程度上對(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，研究的成果也不斷更新，高光譜成像技術(shù)的功能特點(diǎn)也不斷展現(xiàn)出來(lái)，在未來(lái)的運(yùn)用也會(huì)呈現(xiàn)多元化，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要作用也會(huì)更加舉足輕重。