0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看威廉希尔官方网站 视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

高光谱成像的黄瓜病虫害识别和特征波长提取方法

莱森光学 来源:莱森光学 作者:莱森光学 2024-08-12 15:36 次阅读

黄瓜霜霉病和斑潜蝇是制约黄瓜产业发展的严重病虫害。传统黄瓜生产过程中,病虫害识别主要依赖于人工识别,通过种植人员和专业人员的经验来判断病虫害种类。这种方式主观性强,易混淆病情,可能导致防治不及时和错误用药。因此,准确识别病虫害对黄瓜生产和环境安全有着重要意义,高光谱成像威廉希尔官方网站 能同时获得作物的图像信息和光谱信息,目前已广泛用于作物病虫害检测的研究。

01高光谱数据

高光谱成像系统如图1(a)所示,主要由计算机、高光谱相机、光源等组成。图2为三类黄瓜叶片RGB显示下的高光谱图像,图2(a)为无症状叶片、图2(b)为霜霉病叶片、图2(c)为斑潜蝇虫害叶片。

wKgaoma5u3OAGCCcAAB3_gHtihg611.png

图1 高光谱成像系统

wKgZoma5u3SANV92AAHJkKfhnyw639.png

图2(a)无症状叶片

wKgaoma5u3SAJugUAAHyP8d77wI225.png

图2(b)霜霉病叶片

wKgZoma5u3WAJth6AAH1ETXztSE313.png

图2(c)斑潜蝇叶片

1.1高光谱数据提取

使用软件对高光谱图像进行数据提取后将数据导入文件,显示464、513和660nm三个波段图像合成的RGB图像,如图3所示,根据病斑区域大小选择若干个10X10的感兴趣区域(ROI),提取每个ROI的平均反射率数据作为叶片的原始光谱数据,共提取2656组数据。由于光谱曲线的两边缘区噪声较大,故去除保留450~850nm的159个波段作为有效光谱范围,图4为所有叶片原始光谱曲线图,图5为三类叶片的平均光谱曲线。

wKgaoma5u3aAcNiEAAMCKgu2C90860.png

图3 ENVI中叶片ROI提取

wKgZoma5u3aAXcYIAAPNuovWyDY607.png

图4样本原始光谱曲线

可知三类叶片的平均光谱曲线整体走势相似。病虫害叶片在400~700nm波段反射率高于无症状叶片,在720~850nm波段反射率低于无症状叶片,分析原因是病虫害导致叶片叶绿素和细胞结构受损。由于斑潜蝇侵害叶片后会留下白色虫道,所以斑潜蝇叶片在400~700nm波段反射率更高。

wKgaoma5u3eAH-meAAEJqsJyDYg746.png

图5三类叶片平均光谱曲线

02特征波长提取

高光谱图像的光谱数据量大,存在冗余信息,会增加判别模型的计算量,降低模型的计算效率和精度,所以需要对光谱数据进行降维处理,提取其中和样品类型相关性强的波长数据。

2.1基于VISSA的特征波长提取

VISSA基于模型集群分析的思想,利用加权二进制采样法构造变量子空间,每一次迭代过程满足变量空间逐渐收缩和变量空间逐渐优化两个准则。设定VISSA的加权二进制矩阵采样数为5000,选择子模型比率为0.05,交叉验证次数为5,最终选择出53个特征波长,如图6(a)所示,VISSA提取出的特征波长主要分布于450~700和725~850nm。

wKgZoma5u3eAOn6mAADrzSzBQEY035.png

图6(a)VISSA提取特征波长

2.2基于CARS的特征波长提取

根据PLS模型交叉验证均方根误差大小选择最优特征变量组合。设定CARS的蒙特卡洛采样次数为50,交叉验证次数为5,最终选择出20个特征波长,如图6(b)所示,CARS提取出的特征波长主要分布于450~500和530~580nm。

wKgaoma5u3iAN7RRAADkZ-NY_9M844.png

图6(b)CARS提取特征波长

2.3基于IRIV的特征波长提取

IRIV将变量进行多次随机组合并建立PLS模型,观察每个变量是否存在于模型中时交互验证预测误差的变化,根据MPA的思想将变量分为强信息变量、信息变量、无信息变量和干扰变量,逐个分析每个变量后去除无信息变量和干扰变量,进行多次迭代分析,直到剩下的变量均为强信息变量和弱信息变量,最终保留的变量即为所需的特征变量设定交叉验证次数为5,最终选择出26个特征波长,如图6(c)所示,IRIV提取出的特征波长主要分布于450~555nm。

wKgZoma5u3iACnH3AACiHSbw3Dc961.png

图6(c)IRIV提取特征波长

03总结

对 VISSA、CARS、IRIV、SFLA 所选的特征波长数据进行 SVM、Elman 神经网络RF 建模,表1为所建模型测试集的识别结果。

表1 一次降维光谱数据建模结果

wKgaoma5u3iAHAzFAADs71tzdUs871.png

由于 VISSA、CARS、IRIV、SFLA 提取出的特征波长仍然较多,使用 SPA对数据进行二次降维SPA是一种可以使矢量空间共线性最小化的前向变量选择算法

表2 二次降维光谱数据建模结果

wKgZoma5u3uAaT8hAAD0eXLwN4c442.png

由特征波长数据所建模型的识别效果如表3所示。

表3 特征波长光谱数据建模结果

wKgaoma5u36AQ7WLAAFuzjhImTo805.png

使用 VISSA-SPA 和 IRIV-SPA 提取的特征波长建立的SVM 模型实现了对黄瓜霜霉病和斑潜蝇虫害94%以上的识别率,说明通过 VISSA-SPA和IRIV-SPA方法提取特征波长具有良好的效果,但总体来看,模型对霜霉病叶片和斑潜蝇虫害叶片的识别率要明显低于无症状叶片,为了提高模型的鲁棒性和准确性,未来可以使用光谱特征结合病斑的形态特征等建立识别模型。在实际生产中,还可以结合黄瓜的发病时间、发病叶片的位置等进行病虫害种类的判断,提高对病虫害识别的准确率。

推荐

便携式高光谱成像系统iSpecHyper-VS1000

专门用于公安刑侦、物证鉴定、医学医疗、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、高光谱分辨率高、高像质等性价比特点采用了透射光栅内推扫原理高光谱成像,系统集成高性能数据采集与分析处理系统,高速USB3.0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。

wKgaoma5u4OABbSsAAG-q9GWvYo663.png



审核编辑 黄宇

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 成像
    +关注

    关注

    2

    文章

    234

    浏览量

    30475
  • 高光谱
    +关注

    关注

    0

    文章

    330

    浏览量

    9934
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    光谱成像仪在农业上的应用

    光谱成像仪通过对目标物体进行连续的光谱扫描,获取不同波长下的反射或发射光谱信息。这些光谱信息包含了丰富的物质
    的头像 发表于 10-17 15:16 251次阅读
    <b class='flag-5'>高</b><b class='flag-5'>光谱成像</b>仪在农业上的应用

    无人机机载光谱成像系统的应用及优势

      随着无人机威廉希尔官方网站 的快速发展,基于无人机平台的光谱成像系统在多个领域中得到了广泛应用。本文将介绍一款小型多旋翼无人机机载光谱成像系统,该系统由
    的头像 发表于 08-15 15:03 683次阅读
    无人机机载<b class='flag-5'>高</b><b class='flag-5'>光谱成像</b>系统的应用及优势

    使用光谱威廉希尔官方网站 检测农作物病虫害

    农业生产中,病虫害是影响农作物产量和品质的重要因素。传统的病虫害检测方法通常依赖于人工观察和化学分析,耗时费力且不够精确。随着光谱威廉希尔官方网站 的发展,基于
    的头像 发表于 06-06 11:16 578次阅读
    使用<b class='flag-5'>光谱</b>威廉希尔官方网站
检测农作物<b class='flag-5'>病虫害</b>

    实验室光谱成像仪的应用与优势

    光谱成像威廉希尔官方网站 (Hyperspectral Imaging, HSI)作为一种前沿的成像威廉希尔官方网站 ,已经在多个领域展现出其卓越的应用潜力。从遥感监测到医学诊断,再到农业、环境监测和食品安全,
    的头像 发表于 05-20 10:27 656次阅读
    实验室<b class='flag-5'>高</b><b class='flag-5'>光谱成像</b>仪的应用与优势

    光谱成像仪的数据怎么看

    光谱成像(Hyperspectral Imaging, HSI)是一种先进的成像威廉希尔官方网站 ,它结合了成像威廉希尔官方网站 和光谱威廉希尔官方网站 ,能够获取物体在不同波段下
    的头像 发表于 05-17 10:02 518次阅读
    <b class='flag-5'>高</b><b class='flag-5'>光谱成像</b>仪的数据怎么看

    光谱成像系统解析

    光谱成像威廉希尔官方网站 ,一种在多个行业中愈发重要的先进威廉希尔官方网站 ,提供了一种深入了解物体表面特性的全新方式。本文将详细探讨光谱成像系统的工作原理、应用及其带来的革命性影响,揭示这一威廉希尔官方网站 如何能够
    的头像 发表于 04-16 14:59 726次阅读
    <b class='flag-5'>高</b><b class='flag-5'>光谱成像</b>系统解析

    光谱成像威廉希尔官方网站 :从原理到应用的全面指南

    的应用。 1. 光谱成像简介 光谱成像是一种利用光谱信息来获取图像中每个像素的频谱的威廉希尔官方网站 。相比传统
    的头像 发表于 04-15 17:36 1975次阅读
    <b class='flag-5'>高</b><b class='flag-5'>光谱成像</b>威廉希尔官方网站
:从原理到应用的全面指南

    病虫害监测,要如何选择合适的地物光谱仪厂家

    在现代农业中,病虫害监测是保障农作物健康生长的重要环节。在众多的病虫害监测方法中,地物光谱仪因其独特的优势而受到了广泛的应用。然而,面对市场上众多的地物
    的头像 发表于 04-12 10:34 343次阅读
    做<b class='flag-5'>病虫害</b>监测,要如何选择合适的地物<b class='flag-5'>光谱</b>仪厂家

    光谱成像威廉希尔官方网站 原理及其优势

    光谱成像威廉希尔官方网站 是一种将成像威廉希尔官方网站 与光谱威廉希尔官方网站 结合的影像数据威廉希尔官方网站 。通过高光谱威廉希尔官方网站 可以获取探测目标的光谱
    的头像 发表于 03-27 06:34 831次阅读
    <b class='flag-5'>高</b><b class='flag-5'>光谱成像</b>威廉希尔官方网站
原理及其优势

    避免光谱成像数据中的光谱混叠问题

    光谱成像威廉希尔官方网站 在农业、环境监测、医学诊断等领域具有广泛的应用前景。然而,光谱混叠是光谱成像数据分析中常见的问题之一,它会影响数据的解释和应
    的头像 发表于 02-27 15:27 859次阅读

    如何开展光谱成像威廉希尔官方网站 在农业遗传育种中的应用研究?

    在当今农业领域,遗传育种是提高作物品质、增加产量和抵抗病虫害的重要手段之一。然而,传统的遗传育种方法存在着时间消耗长、成本、效率低等问题,难以满足日益增长的农业需求。随着科技的不断发展,
    的头像 发表于 02-20 14:54 747次阅读
    如何开展<b class='flag-5'>高</b><b class='flag-5'>光谱成像</b>威廉希尔官方网站
在农业遗传育种中的应用研究?

    光谱成像仪原理 多光谱成像仪能测什么

    仪的原理及其可以测量的内容。 多光谱成像仪的原理: 多光谱成像仪的原理基于不同物体对不同波长光的吸收和反射特性不同。它通过多个波长的传感器(或滤光片)同时感测目标物体的
    的头像 发表于 02-20 11:27 2133次阅读

    如何使用光谱成像威廉希尔官方网站 进行作物健康监测?

    威廉希尔官方网站 通过采集和分析作物的光谱数据,可以提供详细的作物健康信息,包括营养状况、病虫害情况和水分状况等。本文将探讨光谱成像威廉希尔官方网站 的原理、数据采
    的头像 发表于 01-29 16:24 595次阅读
    如何使用<b class='flag-5'>高</b><b class='flag-5'>光谱成像</b>威廉希尔官方网站
进行作物健康监测?

    便携式光谱成像系统在远程感知中的应用探究

    随着遥感威廉希尔官方网站 的快速发展,便携式光谱成像系统逐渐成为远程感知领域的研究热点。光谱成像通过捕捉从目标反射或辐射的广泛波长范围内的
    的头像 发表于 01-19 10:39 464次阅读
    便携式<b class='flag-5'>高</b><b class='flag-5'>光谱成像</b>系统在远程感知中的应用探究

    友思特分享 | 清晰光谱空间:全自动可调波长系统的光谱成像优势

    了解更多产品信息,欢迎访问友思特:全自动可调谐光源解决方案 | 友思特 机器视觉 光电检测 光谱成像威廉希尔官方网站 光谱成像威廉希尔官方网站 是一种捕获和分析宽波长
    的头像 发表于 01-18 13:45 488次阅读
    友思特分享 | 清晰<b class='flag-5'>光谱</b>空间:全自动可调<b class='flag-5'>波长</b>系统的<b class='flag-5'>高</b><b class='flag-5'>光谱成像</b>优势