服务热线:
86-0755-23229824
您当前所在位置:首页>>光学知识
联系我们

电话:86-0755-23229824

手机:18948346937 / 13510373651

邮箱:info@lisenoptics.com

地址:深圳市宝安区沙井街道后亭茅洲山工业园工业大厦全至科技创新园科创大厦11层C

微信:

立即沟通
高光谱无人机遥感影像识别技术在茶园病虫害中的应用

茶叶自古以来是云南省主要经济作物和支柱产业,有着其他产业和作物不可替代的作用。在云南发展绿色产业、高原特色产业,实施绿色经济强省,推动高质量跨越式发展,打造世界一流“绿色食品牌”战略中,茶产业占有非常重要的地位。随着我国农村劳动力数量大幅减少,并且老龄化结构凸显,懂农业、懂市场、有知识、有能力新型职业农民培育处于起步阶段,为推动茶叶产业高质量发展,提高农业设施设备机械化、智能化应用是必然的趋势,对我国现代农业的发展具有十分重要的意义。

我国人工智能技术伴随着“国家大数据战略”的提出也取得了一定的成绩,浙江省丽水市、重庆市、湖南省、广东省中山市率先探索建设智能茶园,通过茶叶数字模型标准化、精准化的种植新模式,实时对园区进行灌溉、环境监测、智能控制,收集茶园的温度、湿度、风向、降雨量等基本数据,利用大数据有效规避持续高温、“倒春寒”等对茶叶生产的影响,降低种植成本,节约 50% 的水电、30%的肥料、90%的劳动力和减少 50%以上的农药使用量,提升茶产量及品质。

高光谱无人机遥感影像识别技术在茶园病虫害中的应用

1高光谱影像识别技术在有机茶园病虫害中的应用

1.1高光谱无人机遥感影像识别技术

高光谱遥感技术具有图谱合一、波段较多且连续等特点;以无人机为载体,搭载高光谱摄像机(高光谱影像仪)等传感器获取地表遥感影像,通过计算机对采集的影像信息进行处理,把高光谱数据的数字量化值(简称DN值)转化为反射率数据并降噪处理,获取地表及地表附着物红外、近红外及可见光等连续光谱信息,利用高光谱遥感完整的光谱曲线描述地物的光谱特征,进而识别出具有诊断性光谱特征的地物。高光谱数据数字量化值转化为反射率数据具体公式如下:

 

其中,Reftarget为目标物的反射率,DNtarget为目标物的DN值,DNtarged为高光谱相机本身的暗点流DN值,DNwhite为参考板的DN值,Refwhite为参考板的反射率。无人机搭载高光谱相机,结合了无人机轻便、易操作和高光谱相机采集地物连续光谱信息等优点,可以从近地一定高度、低成本、天气因素影响小、方便快捷的对大面积茶园进行监测和病虫害防治。

1.2常见的有机茶园病虫害及表现形态

有机茶园的建设要求其中重要的一项指标就是不能使用人工合成农药和杀虫剂,从而导致有机茶园的病虫害防治工作是有机茶园建设的重点工作。常见的茶园病虫害有假眼小绿叶蝉、茶毛虫、茶尺蠖、茶刺蛾、茶橙瘿螨、茶叶瘿螨、黑刺粉虱、茶炭疽病等病害虫灾。茶树的病虫害绝大部分是对茶树的叶片造成危害,并且在叶片上显示出病虫害形态,最终影响有机茶园的茶叶产量及品质。茶叶对不同类别的病虫害胁迫表现形态不同。如:假眼小绿叶蝉造成茶叶边缘泛黄叶脉变红;茶尺蠖蚕食茶树叶片甚至吃光叶片;黑刺粉虱吸收嫩叶汁液并排泄分泌物造成烟霉病致茶树成片枯死;茶炭疽病由病源真菌浸染引发叶尖、叶缘产黄褐色小点,随后转变为焦黄色直至为灰白色。

1.3高光谱影像识别技术在有机茶园病虫害防治中的应用研究

1.3.1植被光谱特征

绿色植物植被光谱特征明显不同于其他地物的光谱特征,其中对植被光谱特征产生重要影响的化学成分主要是色素、水分、碳以及氮。通常情况下取植被生化敏感度高的波段范围值 400~2500nm 波长作为植被光谱的研究范围,在该范围内又分为可见光(400~700nm)、近红外光(700~1300nm)、短波红外1(1300~1900nm)、短波红外2(1900~2500nm)四个部分。植被光谱对不同的波长存在着不同的反射特点。控制叶子反射率的因素及波长如图 1:

 

 高光谱无人机遥感影像识别技术在茶园病虫害中的应用

 

植被光谱在可见光400~700nm波长范围内起主要影响作用的是茶树叶子的花青素、叶黄素和叶绿素等色素,其中最明显的是叶绿素。在450nm波长附近是叶绿素对太阳辐射光的强吸收带;在 550nm波长附近则是叶绿素对太阳辐射光线的强反射区,相较于可见光范围内有较高的反射值;在670nm波长附近是叶绿素光合作用转化对太阳辐射光的强吸收带;从而植被光谱在可见光区域呈现出一个正弦波单峰波形态。

在近红外波段700~1300nm波段范围内对植被光谱起影响作用的主要是细胞构造,叶子的海绵组织对此期间范围内的近红外波具有强烈的反射形态,在此波段区间植被光谱的反射率达到最高峰,并且反射率远大于可见光波长范围内的反射率。由于在 700~750nm波长范围内是植被的反射率快速上升区域,从而植被光谱曲线呈陡峭的直线形状上升至波峰,该形态特征定义为“红边”。“红边”是区别于其他地物最明显、特有的光谱特征,其他地物都没有“红边”特征的存在。在970nm和1190nm附近是植被叶子中水分的强吸收带,用这两个波段光谱特征监测叶子中水分含量的变化。

1300~1900nm范围称为短波红外1,在1900~2500nm范围称为短波红外2;在这两个波段区间主要是叶子水含量对植被光谱的影响贡献大;同时在1500~1720nm范围内由于氮的影响和在 1830~2080nm范围内由于二氧化碳的影响,形成波状起伏的光谱特征形态,并且反射率逐渐降低。

1.3.2基于光谱特征位置变量分析来诊断茶园病虫害

有机茶园在受到病虫害侵扰时,茶树的叶子会呈现出具有相应病态特征的状态,如颜色的改变、结构的破坏或外形的改观等,茶树叶 子的光谱反射率也会随之改变。在可见光波段向近红外波段过渡区间,受病害的植被反射率比健康茶树的反射率大,同时近红外光谱的变化产生在可见光光谱的变化之前,通过近红外光谱的监测分析,提前预判评估有机茶园的病虫害发生情况。健康植被与病虫害植被光谱曲线如图2:

高光谱无人机遥感影像识别技术在茶园病虫害中的应用 

茶叶病虫害主要表现在茶树叶片上,病虫害通过对茶树叶片结构、叶绿素数量和质量等因素的危害而形成有机茶园的病害虫灾。茶树叶片的物理和化学结构的变化,导致太阳辐射到茶叶上的植被光谱特征产生变化,当茶树健康旺盛生长时,茶叶的叶绿素含量高于叶黄素和花青素,茶叶的光谱反射率低,红边的位置向长波方向移动(即“红移”);反之,在茶树遭受到病虫害胁迫状态下时,叶黄素和花青素的含量高于叶绿素,茶叶的反射率高,红边向短波方向移动(即“蓝移”)。根据高光谱遥感测定的反射率数据来反演计算出茶树冠层的叶绿素含量(SPAD)和叶面积指数(LAI),通过分析反射的光谱特征值“红边”“绿峰”“红谷” “蓝边”等色调形态以及生物量和物候的变化来推断出有机茶园中茶树的病虫害状况。

 高光谱无人机遥感影像识别技术在茶园病虫害中的应用


2结论

随着科技的发展遥感技术在精准农业领域中的应用也越来越多,但是高光谱无人机遥感技术在农业领域仍处于起步阶段, 目前大部分是在水稻、玉米、小麦、棉花等作物中进行了研究应用,其他农作物中处于起步或空白的状况,高光谱无人机遥感技术在农业中仍有广阔的研究空间和应用实践领域。

在劳动密集型的有机茶园管理中,病虫害防治是一项重要的基础工作,应用高光谱无人机遥感技术进行有机茶园的智能化管理,对茶园管理从业者提出了更高的素质要求,不仅要有茶树栽培管理技术,而且还要有对计算机、无人机、专家管理系统等现代信息化设备和技术的应用能力。

通过对高光谱无人机遥感影像技术的深入研究,结合农业生产管理规律,科学构建有机茶园病虫害防治智能管理专家系统,针对大面积茶山,利用茶树的植被光谱特性,在肉眼无法识别的情况下,尽早的、方便快捷的发现茶叶病虫害,再结合神经网络技术,识别出病害类别后对症制定防治措施。

 高光谱无人机遥感影像识别技术在茶园病虫害中的应用

推荐:

莱森光学- iSpecHyper-VM系列无人机机载高光谱成像系统

莱森光学-多旋翼无人机高光谱成像系统iSpecHyper-VM系列是一款基于小型旋翼无人机的高性能机载高光谱成像系统。

莱森光学-多旋翼无人机高光谱成像系统光谱范围400-1000nm/900-1700nm,由高性能高光谱相机、稳定云台、高清相机、GNSS模块、机载控制与数据采集模块、机载供电模块、地面站模块等部分组成。核心载荷高光谱相机完全自主研发,采用1英寸大靶面CCD图像传感器具有高光谱分辨率、高灵敏度、大视场及优异的成像性能,配合定制开发的高性能稳定云台,能够有效降低飞行过程中无人机抖动引起的图像扭曲与模糊;同时与GPS同步触发,实现可见光照片匹配同步GPS信息;通过地面实时数据平台实时观测飞行器采样点并可利用地面端设置采集的航线预览及矫正功能;有辐射度校正、反射率校正、区域校正等批处理能力。辅助相机可实时可见、监控拍摄效果,有图像实时回传功能;有辐射度校正、反射率校正、区域校正等批处理能力,光谱相机控制、数据采集、自动曝光、自动扫描速度匹配、辅助摄像头功能、支持远程遥控、支持巡航、惯导采集模式,数据支持Envi等主流遥感软件,实时常用植被指数计算功能、光谱及图像数据预览、建库、建立指标解译库等功能。

莱森光学-多旋翼无人机高光谱成像系统与大疆M600 pro/M300RTK无人机完美适配,支持同类型的多种无人机;系统支持配件升级及定制化开发,为教育科研、智慧农业、林业调查、水环境监测、目标识别、军事反伪装等行业高端应用领域提供高性能解决方案。

莱森光学- iSpecHyper-VM系列无人机机载高光谱成像系统

详情可见:http://www.lisenoptics.cn/wrjjzggpcxxt/833.html

莱森光学- iSpecHyper-VS系列高光谱成像相机/便携式高光谱成像系统

莱森光学-iSpecHyper-VS系列高光谱成像相机是莱森光学LiSen Optics)专门用于公安刑侦、物证鉴定、精准农业、矿物地质勘探等领域的最新产品,主要优势具有体积小、帧率高、独有高光通量分光设计、信噪比灵敏度高、大靶面探测器、高像质等特点iSpecHyper-VS采用了透射光栅外置推扫或内置原理高光谱成像,系统集成高性能数据采集与分析处理系统,高速接口传输,全靶面高成像质量光学设计 ,物镜接口为标准C-Mount,可根据用户需求更换物镜。iSpecHyper-VS系列高光谱成像相机,广泛应用于公安刑侦、物证鉴定、精准农林、遥感遥测、 工业检测、 医学医疗、采矿勘探等各领域。

莱森光学-iSpecHyper-VS系列高光谱成像相机/便携式高光谱成像系统主要技术特点

² 光谱范围400-1000nm或900-1700nm,分辨率优于3nm

² 独有高光通量分光成像设计、信噪比灵敏度高

² 高性能CMOS/CCD/InGaAs(TE Cooled)图像传感器,数据格式支持ENVI,支持多区域ROI

² 可选配电控自动对焦技术、自动曝光、自动成像扫描匹配

² 全靶面高成像质量光学设计,点列斑直径小于0.5像元

² 多种焦距物镜镜头(12.5/25mm/35mm/75mm)可根据用户需求更换物镜

² 多种光学附件可选:户外太阳光源、实验室太阳匀化光源工作台、三脚架(野外专用)、数据线、电源线、电源(外置电源模块)、仪器便携式手提箱(定制三防箱)、专业高光谱采集软件

 

莱森光学- iSpecHyper-VS系列高光谱成像相机/便携式高光谱成像系统莱森光学- iSpecHyper-VS系列高光谱成像相机/便携式高光谱成像系统


详情可见:

http://www.lisenoptics.cn/wrjjzggpcxxt/834.html

莱森光学- iSpecField-系列手持式/便携式地物光谱仪

莱森光学-iSpecField系列地物光谱仪是莱森光学LiSen Optics)专门用于野外遥感测量、土壤环境、矿物地质勘探等领域的最新明星产品,由于其操作灵活、便携方便、光谱测试速度快、光谱数据准确是一款真正意义上便携式地物谱仪。iSpecField系列地物光谱仪光谱范围250-1100nm/250-1700nm/250-2500nm,采用了工业级触控显示屏手柄探头手柄探头同时采用了独有光学设计内置摄像头(相机)、GPS、激光指示器、内置光学快门控制,同时地物光谱仪主机与工业级触控显示屏手柄探头一体化设计,可野外现场直接进行地物光谱操作测量,野外操作更加便捷方便,非常适合复杂的野外地物光谱测量

莱森光学-iSpecField系列地物光谱仪主要技术特点

² 光谱范围250-1100nm/250-1700nm/250-2500nm,固定全息光栅一次性快速扫描分光

² 2048像素面阵BT-CCD256/512像元InGaAs,高像素双路探测器同步测量,光谱精度、分辨率高

² 主机与工业级触控显示手柄探头一体化结构,野外测量无需额外电脑,操作灵活

² 最短积分时间30微,测量动态范围大7吋高清触控显示远程触发一键测量

² 内置800万像素自动对焦摄像头(相机)、GPS、激光指示器、内置光学快门控制

² GPS定位、地物图像、角度测量、距离测量、空气温湿度测量与光谱实时对应同步

² SpecAnalysis专用地物分析软件,兼容ENVI、TSGArcgis等第三方工具软件,嵌入了USGS数据库和NDVI等13个植被指数

² 丰富测量光学配件:标准白板/灰板、叶片透射夹、矿物土壤专用探头、手枪式光纤探头、室内太阳光源、视场角镜头BRDF测量附件、透反射实验室支架装置、远程触发器等可满足野外和实验室测量需求,可实现透射反射率、辐照度、辐亮度等测试

² 大容量电池,续航时间4-5小时,供电电池模块可拆卸,可配置备用电池模块,满足长时间野外测量

 

莱森光学- iSpecField-系列手持式/便携式地物光谱仪莱森光学- iSpecField-系列手持式/便携式地物光谱仪


详情可见:

http://www.lisenoptics.cn/scsdwgpy/770.html

 


Copyright © 2020 All Rights Reserved 莱森光学(深圳) 有限公司·版权所有 备案号:粤ICP备18141551号-1