基于高光谱成像技术的玉米大斑病病斑面积快速监测研究

作     者：杨嘉瑞 

作者单位：山西农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨武德

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 09[农学] 090401[农学-植物病理学] 090402[农学-农业昆虫与害虫防治] 083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 0804[工学-仪器科学与技术] 0903[农学-农业资源与环境] 0816[工学-测绘科学与技术] 081602[工学-摄影测量与遥感] 0904[农学-植物保护] 081102[工学-检测技术与自动化装置] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：玉米 大斑病 成像高光谱 模型 

摘      要：玉米是我国的主要粮食作物之一。近年来,玉米大斑病造成玉米减产的现象越发严重。依靠大田调查、人工判别玉米大斑病严重度的传统方法存在耗时、费力的缺点,且该方法为定性判别,主观性较大。高光谱成像技术具有实时、快速、无损、定量获取目标属性的特点,利用高光谱成像技术实现玉米大斑病严重度的准确监测具有重要的研究价值。本研究在通过调查和采集82个玉米大斑病病叶样本基础上,获取了大斑病病斑面积和高光谱成像数据,以探究利用高光谱成像技术定量监测玉米大斑病病斑面积的可行性,研究结果如下:(1)不同玉米大斑病病害程度的光谱反射率具有相似的变化规律,但也存在明显的差异。成像光谱与玉米大斑病病斑面积呈正相关关系,且成像光谱能够敏感响应玉米大斑病病斑面积的变化,为利用成像高光谱技术监测玉米大斑病病斑面积提供了 一定的科学理论依据。(2)与原始光谱相比,1st、2nD和Noise预处理可以明显的改变光谱曲线特性,MSC和SNV预处理光谱在波长为896～1110 nm、1259～1431 nm范围内的相关系数可达到0.7以上,相关系数绝对值最高为0.89,略高于原始光谱的相关系数0.87,表明光谱预处理在一定程度上可以提高成像光谱与玉米大斑病病斑面积的相关关系,但是提高效果并不是很明显。(3)证实光谱波段896～1110nm、1393～1571nm、1650nm与玉米大斑病存在较为重要的关系。(4)基于玉米大斑病病斑面积构建特征波段线性光谱模型(SPA-MLR)、和基于全谱信息的线性光谱模型(PLSR)和非线性光谱模型(SVM),对比模型表现可知,SVM光谱模型整体具有较好的表现,表明玉米大斑病病斑面积与高光谱存在非线性关系。但是,本研究中基于SNV预处理的光谱特征模型可以实现玉米大斑病病斑面积的准确估测(Rc2=0.954、RMSEc=0.036、RPDc=4.601;Rv2=0.912、RMSEv=0.043、RPDv=3.585)。