Аннотация: Обнаружение и выявление латентного периода ранней порчи перца может обеспечить своевременное руководство по борьбе с болезнями, что позволит справиться с болезнью до заражения сельскохозяйственных культур и предотвратить ее распространение. Это имеет значительные последствия для управления ростом сельскохозяйственных культур.

Спектрально-характеристический метод дискриминации раннего латентного периода блеска перца чили

Ранняя порча чили - это распространенная биологическая катастрофа, которая влияет на безопасный рост перца чили. Он характеризуется внезапным началом и высокой восприимчивостью, что может привести к значительным экономическим потерям. Во время роста перца чили научный мониторинг и раннее предупреждение о скрытом периоде инфекции болезни являются критически важной предпосылкой для обеспечения здорового роста урожая. Традиционные методы обнаружения заболеваний основаны на визуальном наблюдении за видимыми симптомами, но из-за таких факторов, как площадь посева и урожайность, в сочетании с быстрым распространением ранней порчи трудно контролировать развитие заболевания. Поэтому обнаружение и выявление скрытого периода ранней порчи перца чили может обеспечить своевременное руководство по профилактике заболеваний и борьбе с ними, помогая справиться с болезнью до заражения культур и предотвращая ее распространение, что имеет большое значение для управления ростом сельскохозяйственных культур.

01 Экспериментальный контент

В качестве объекта исследования были выбраны листья перца чили. Инфекционный статус ранней порчи в вырезанных листьях перца чили непрерывно и динамически контролировался с помощью гиперспектральной системы визуализации, и были получены соответствующие гиперспектральные изображения. Вся поверхность листа была выбрана в качестве интересующей области (ROI), и был извлечен средний спектр ROI. Средние спектральные кривые для здоровых и привитых образцов были получены в разные моменты времени сбора данных.

Рисунок 1: Блок-схема дискриминации гиперспектральных изображений для инкубационного периода болезней сельскохозяйственных культур на основе спектральных характеристик

02 Результаты

После общего процесса заражения болезнями сельскохозяйственных культур гиперспектральные изображения собирались непрерывно и динамически, чтобы покрыть весь инкубационный период болезни. Чтобы всесторонне рассмотреть спектральные изменения всего листа до и после инокуляции, спектральная отражательная способность всего листа в диапазоне 400-1000 нм была усреднена по 256 полосам, что привело к средней спектральной кривой для всего листа. Этот подход эффективно уменьшает случайные ошибки на поверхности листа.

Рисунок 2: Схема процесса выбора интересующей области в промышленном секторе

Рисунок 3: Тенденция эволюции средних спектров здоровых и инокулированных образцов с течением времени

a) Здоровая группа b) Инокулированная группа

Из рисунка 3 (а) можно наблюдать, что со временем спектры здоровых листьев перца демонстрируют четкое разделение в диапазоне 760-1000 нм. Средняя спектральная отражательная способность листьев постепенно уменьшается, в первую очередь из-за медленного клеточного метаболизма и потери воды после культивирования ex vitro. В других диапазонах длин волн общие спектральные кривые здоровой группы близко перекрываются, что указывает на то, что при динамическом мониторинге физиологическое состояние здоровой группы остается стабильным.

На рисунке 3 (b) спектры инокулированной группы показывают значительные различия в диапазонах длин волн 500-670 нм, 680-760 нм и 760-1000 нм. Это указывает на то, что физиологическая активность инокулированной группы колеблется со временем, что также частично отражает эффективность инокуляции. В частности, спектральные кривые инокулированных листьев постепенно разделяются в диапазоне 500-670 нм в течение периода сбора, а средняя спектральная отражательная способность увеличивается. Это в основном связано с уменьшением содержания пигмента, такого как хлорофилл и каротиноиды, в клетках листьев из-за патогенной инфекции, что приводит к снижению поглощения света и повышению отражательной способности. Диапазон 680-760 нм, который является границей между видимым и ближним инфракрасным светом, соответствует красному краю зеленых растений и является ключевым показателем состояния пигмента и здоровья растений. В этом диапазоне спектральная отражательная способность увеличивается наиболее быстро.

В целом, чем лучше состояние роста растений, красный край будет показывать красное смещение; наоборот, он будет смещаться в сторону синего или синего смещения, указывая на то, что с течением времени прививки красный край привитых образцов постепенно смещается влево, или синего смещения. Из рисунка 3 видно, что по сравнению со средними спектральными кривыми здоровых растений средние спектральные кривые инфицированных растений претерпевают различные степени изменения, что предполагает возможность использования спектральных характеристик для определения самой ранней временной точки для выявления скрытого периода болезней сельскохозяйственных культур. Однако простой анализ общей тенденции изменения спектральной кривой в течение периода сбора не указывает непосредственно на самое раннее время для выявления скрытого периода болезни. Для глубокого изучения различий между спектральными кривыми требуются соответствующие методы измерения.

Таблица 1: Изменения в визуализации изображения RGB и распределения основных компонентов Изображения образцов за время сбора

Рекомендуем:

Гиперспектральная система визуализации iSpecHyper-VS1000

Новейший продукт, специально разработанный для таких областей, как полицейское уголовное расследование, идентификация судебно-медицинских доказательств, медицинское обслуживание, точное земледелие и геологическая разведка полезных ископаемых, имеет несколько основных преимуществ: компактный размер, высокую частоту кадров, высокое спектральное разрешение и высокое качество изображения, что обеспечивает отличную экономичность. Он использует принцип push-broom с передающей решеткой для гиперспектральных изображений. Система интегрирует высокопроизводительную систему сбора и обработки данных, оснащена высокоскоростным интерфейсом USB 3,0 и полнокадровым высококачественным оптическим дизайном изображений. Интерфейс объектива представляет собой стандартное крепление C-Mount, позволяющее заменять объектив в зависимости от требований пользователя.