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高光谱成像技术用于观赏植物生产中活力监测

高光谱成像技术用于观赏植物生产中活力监测

  • 分类:植物表型资讯
  • 作者:PhenoTrait
  • 来源:本站
  • 发布时间:2021-10-05 06:10
  • 访问量:

【概要描述】为开发高效的基于传感器的植物活力监测研究,本文对高通量评估方法存在的问题和挑战进行了讨论,并建议未来研究重点应放在温室条件下商业植物生产过程中高光谱监测方法的实施上。

高光谱成像技术用于观赏植物生产中活力监测

【概要描述】为开发高效的基于传感器的植物活力监测研究,本文对高通量评估方法存在的问题和挑战进行了讨论,并建议未来研究重点应放在温室条件下商业植物生产过程中高光谱监测方法的实施上。

  • 分类:植物表型资讯
  • 作者:PhenoTrait
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  • 发布时间:2021-10-05 06:10
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  石楠是具有重要经济价值的观赏植物,但由于缺乏系统的胁迫监测研究与管理,其稳定、优质生产面临真菌感染的风险。根据相关报道,高光谱传感器是目前非侵入式评估植物健康状况和监测植物生理变化的有力工具。因此,本文利用高光谱成像技术对观赏石楠活力进行高通量监测,以促进园艺生产中评估植物活力的进一步研究。

 

  本文以3276株石楠为研究对象,从扦插到幼苗阶段每隔一周捕获其高光谱图像和RGB图像。将专家长期经验与高光谱图像相结合,从而获取相对准确的结论。利用R语言的caTools软件包和图像处理软件ENVI加载高光谱数据并进行数据预处理和提取感兴趣区域(ROI),并应用偏最小二乘回归(PLSR)以基于其总ROI的平均光谱特征将植株进行分类。

 

  图1 石楠植物的RGB图像(A)及其对应的高光谱图像(B)

 

  选择5种不同活力的植株并进行高光谱反射率数据的提取与分析。结果显示,评估为“健康”的植株在550nm的绿波和750-900nm的近红外波段具有高反射率;“临时地上胁迫”与近红外区反射率的轻微降低有关;“死亡”植株的光谱反射率没有表现出典型的绿峰,且在近红外区域具有更宽的光谱反射率范围。

 

  图2 通过活力分数将植株标注为“健康”、“临时地上部胁迫”、“死亡”、“地上部胁迫”和“根+地上部胁迫”

 

  通过变量投影重要性(VIP)确定了对分类最重要的波长。健康植株的光谱在绿波和近红外区域有较高的光谱反射率,而在蓝色和红色到红色边缘区域只出现微小的反射差异。PLSR模型表明,在519-575nm的绿色光谱区域内,区分健康和胁迫植物的光谱反射率潜力最大。当将该模型应用于训练数据时,对健康和胁迫较大的植株分类精度达到了97.5%;在测试数据上验证模型时,达到了98.1%的准确率。

 

  图3 利用PLSR模型对450-900nm范围内的健康(细蓝线)和受胁迫(细橙线)石楠植株分类

 

  为开发高效的基于传感器的植物活力监测研究,本文对高通量评估方法存在的问题和挑战进行了讨论,并建议未来研究重点应放在温室条件下商业植物生产过程中高光谱监测方法的实施上。

 

  来源:Ruett Marius,Junker-Frohn Laura Verena,Siegmann Bastian,Ellenberger Jan,Jaenicke Hannah,Whitney Cory,Luedeling Eike,Tiede-Arlt Peter,Rascher Uwe. Hyperspectral imaging for high-throughput vitality monitoring in ornamental plant production[J]. Scientia Horticulturae,2022,291:

 

  编辑:李红叶

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