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易科泰高光谱成像技术应用于热胁迫植物叶片分析

2022-11-09 09:18 作者:易科泰光谱成像技术  | 我要投稿

近日,北京易科泰生态技术有限公司向湖北省农科院植保土肥所交付的智能高光谱成像系统,已完成培训并投入生态多样性调查研究。该系统面向科研及便携设计,轻便灵活、适合室内和野外多场景应用,智能化易于操作,为科研人员进行高品质、高效率的数据采集和数据分析提供助力。

高光谱成像技术将光谱技术和成像技术相结合,测量速度快、具有极高的可重复性、对样品无损伤无污染、能够将样品的纹理信息和物质成分特征以2D分布的方式直观呈现。易科泰光谱成像实验室技术人员在安装培训现场对绿萝的热处理叶片和对照叶片应用400-1000nm波段高光谱成像方法进行检测,并利用仪器自带快速数据处理软件完成快速识别。

图1-1:左:处理叶片和对照RGB图像;中:自带软件SAM模型快速识别;右:热处理叶片和对照400-1000nm反射光谱

所创建的上述识别模型可设为应用导入系统、直接拍摄图像,即刻得到结果。同时,该系统也可不经计算机,直接拍摄并创建模型,灵活适合各种实验环境,如下图1-2所示:

图1-2:无须计算机,原机拍摄和快速创建模型、应用于其他拍摄对象

此外,该高光谱成像系统,数据与ENVI等当今主流高光谱成像数据分析软件兼容,为后续分析提供更多的可能性。例如:

1. 更多分类模型:

1.1 对光谱数据求一阶导数,依据特征波段强度实现简单分类图1.3)

图1.3. 左:热处理和对照叶片RGB图;中:一阶导数535nm图像分类显示;右:一阶导数700nm图像分类显示

1.2 创建PLS/DA分类模型,与RGB图像融合,得到更清晰的显示效果(图1.4

图1.4. 左:热处理和对照叶片RGB图;中:PLS/DA模型对照叶片显示;右:PLS/DA模型热处理叶片显示

1. 植被指数分析

绿色植被叶片在可见光、近红外波段具有特殊的光谱反射特性,利用其创建的植被指数(Vegetable Index,简称 VI)是遥感监测地表植被生长信息的一种数值表达,能有效地描述绿色植物长势和生物量信息。

2.1 NPQI :Normalized Phaeophytinization Index,归一化脱镁作用指数(效果不好,是否删除

计算公式:NPQI = (R415- R435) / (R415+ R435),可以用于评估脱镁叶绿素含量,叶绿素降解程度

图1.5. 左:热处理和对照叶片RGB图;右:热处理和对照叶片NPQI植被指数成像对比

2.2 PRI:Photochemical Reflectance Index,中文全称:光化学反射指数

计算公式:PRI = (R531- R570) / (R531+ R570)

PRI 对活体叶中类胡萝卜素色素(例如叶黄素色素)的变化很敏感。 类胡萝卜素色素是光合光利用效率的指标,同时能够增强植物耐热和耐光的能力。

北京易科泰生态技术有限公司提供全面植物研究高光谱测量方案:

利用手持式植物高光谱仪测量植物叶片(叶夹式)和冠层反射光谱及光谱反射指数、吸收光谱、叶绿素荧光光谱

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