高光譜成像儀與地物光譜儀作物科學應用實驗對比

      高光譜相機是在連續光譜測量的基礎上，同步進行可視化成像，具有圖譜合一的*優勢。既可以觀測到作物不同脅迫癥狀的空間特征，又可獲取受脅迫作物的光譜信息，綜合地反映作物遭受脅迫的程度。目前高光譜成像已經成為國內外研究的熱點，學者們利用高光譜成像技術定量化地提取作物所遭受的各種脅迫特征,利用高分辨率的圖像對葉片的物理性狀、表型特征進行分析，從而進行多維度作物生理生態及內部機理探測研究。

      傳統的地物光譜儀僅能采集單一的光譜數據，其點測量（Spot measurement）數據采集方式造成測量效率低、誤差大（比如幾乎沒法精準病斑測量）等缺點，且數據分析非常耗時。IQ智能高光譜相機具備智能化、高通量面測量、在線實時分析等特點，一舉解決了高通量+光譜測量+成像分析問題，革新了作物表型研究、性狀分析、病蟲害監測研究的技術手段。

      近日，我公司使用IQ便攜式智能高光譜相機與ASD便攜式地物光譜儀同時進行野外作物實地光譜數據采集及對比實驗。

      本實驗使用以上兩種儀器同時對試驗田中的小麥進行數據采集，分別獲取了同一區域的高光譜數據和圖像信息。IQ采取內置推掃CCD成像技術，體積小、重量輕、能耗低，可更充分的測量每個地面分辨單元的能量，增加相對信噪比。ASD便攜式地物光譜儀單次采集數據為視場內所有地物的平均光譜數據，僅得到一條光譜曲線；IQ獲取的高光譜圖像每個像素點都有其*的光譜曲線，對地物的研究提供更精確度全面的信息。

圖1  ASD高光譜數據結果（左圖）、IQ高光譜成像數據結果（右圖）

      IQ相機自帶數據分析及建模軟件，可進行快速結果分析、自定義App操作，在一些惡劣環境下還可遠程控制IQ相機進行數據采集；數據集可直接導入ENVI等通用光譜分析專業軟件，進行進一步的分析。

      試驗田中有一區域的小麥患白粉病較嚴重，健康小麥（橙色曲線）和患病小麥（綠色曲線）在400-1000nm范圍有明顯的反射差異，如下圖所示。

圖2 健康小麥和患白粉病小麥的光譜差異圖

     基于IQ高光譜成像數據，我們現場即快速進行了建模分析，當即完成該區域白粉病小麥的光譜模型創建。然后在創建的模型上對其他患病區域進行驗證，通過對比，自動檢測到的小麥白粉病位置與實際位置匹配度較高，*野外快速篩查植物病的需求。

圖3 基于自定義APP快速識別小麥患白粉病區域

      IQ作為一款智能、便攜的手持式科研高光譜儀，集高光譜數據采集、分析處理、結果可視化等功能特點于一體。相比地物光譜儀獲取的目標高光譜信息更精確全面，同時又能獲取目標的空間特征信息，圖譜合一，為數據處理和分析提供更詳細的信息。此外，IQ還可通過無線WIFI進行遠程控制，從而實現無需人工值守的智能化操控作業。在作物表型研究、病蟲害檢測、抗性篩選和物種快速識別等研究應用中具有不可比擬的優勢。

      除此之外，在精準農業、遺傳育種、食品檢測、藝術品鑒定、考古文博應用、醫學檢測、動物行為研究等領域，IQ智能高光譜相機也有著廣泛的應用前景。

      易科泰生態技術公司全面提供作物科學研究高光譜成像技術創新應用方案及葉綠素熒光技術方案，EcoLab實驗室提供合作實驗和作物表型檢測技術服務。