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S185機(jī)載高光譜成像儀在農(nóng)業(yè)的應(yīng)用

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更新時(shí)間:2020-05-15 17:08:34瀏覽次數(shù):3218

聯(lián)系我們時(shí)請說明是化工儀器網(wǎng)上看到的信息,,謝謝!

產(chǎn)品簡介

產(chǎn)地類別 國產(chǎn) 應(yīng)用領(lǐng)域 生物產(chǎn)業(yè),農(nóng)業(yè)
S185機(jī)載高光譜成像儀在農(nóng)業(yè)的應(yīng)用
S185是目前高速成像光譜儀的輕版本,融合了高光譜數(shù)據(jù)的精確性和快照成像的高速性,能夠瞬間獲得在整個(gè)視場范圍內(nèi)精確的高光譜圖像

詳細(xì)介紹

S185機(jī)載高光譜成像儀在農(nóng)業(yè)的應(yīng)用

 

S185是目前高速成像光譜儀的輕版本,融合了高光譜數(shù)據(jù)的精確性和快照成像的高速性,,能夠瞬間獲得在整個(gè)視場范圍內(nèi)精確的高光譜圖像,。通過此款光譜儀可以地在1/1000秒內(nèi)獲得整個(gè)高光譜立方體數(shù)據(jù),配套功能強(qiáng)大的測量及數(shù)據(jù)處理軟件,,不需要IMU即可實(shí)現(xiàn)無人機(jī)遙感測量,;S185機(jī)載高光譜成像儀可隨UAV按預(yù)設(shè)航線自動(dòng)測量,快速獲得大面積高光譜圖像,,可通過軟件自動(dòng)快速拼接,。

 

表1 UHD185技術(shù)參數(shù)

指標(biāo)

參數(shù)

型號Model

UHD185

品牌Brand

Cubert

質(zhì)量Weight

470g

產(chǎn)地Orgin

德國

成像速度Imaging speed

每秒可拍攝5個(gè)高光譜圖像立方體

光譜通道Number of channels

125個(gè)

采樣間隔Spectral samping

4nm

視場角Field of view

20°

光譜覆蓋范圍Wavelength range

450~950nm

光譜分辨率Spectral resolution

8nm@532nm

數(shù)據(jù)Data

全色和高光譜影像

利用 Cubert-Pilot 軟件對每張高光譜圖像和同時(shí)采集的相應(yīng)全色圖像進(jìn)行融合,得到融合后的高光譜影像,;其次使用Agisoft PhotoScan軟件,,借助全色圖像的點(diǎn)云數(shù)據(jù)完成高光譜圖像的拼接。以小區(qū)幾何中心為中心,,由拼接好的高光譜影像提取冠層光譜反射率,。如圖1所示為得到每個(gè)小區(qū) 21 個(gè)不同空間尺度梯度所對應(yīng)的冠層光譜反射率,可以看出不同空間采樣面積所對應(yīng)的冠層光譜反射率在可見光波段無明顯差異,,但在近紅外區(qū)域的差異較為明顯提取冠層光譜反射率,。

利用 Cubert-Pilot 軟件對每張高光譜圖像和同時(shí)采集的相應(yīng)全色圖像進(jìn)行融合,得到融合后的高光譜影像,;其次使用Agisoft PhotoScan軟件,,借助全色圖像的點(diǎn)云數(shù)據(jù)完成高光譜圖像的拼接。以小區(qū)幾何中心為中心,,由拼接好的高光譜影像提取冠層光譜反射率,。如圖1所示為得到每個(gè)小區(qū) 21 個(gè)不同空間尺度梯度所對應(yīng)的冠層光譜反射率,可以看出不同空間采樣面積所對應(yīng)的冠層光譜反射率在可見光波段無明顯差異,,但在近紅外區(qū)域的差異較為明顯提取冠層光譜反射率,。

<strong>S185</strong>機(jī)載高光譜在作物估產(chǎn)領(lǐng)域中的應(yīng)用案例

圖1 21個(gè)不同采樣面積所對應(yīng)的冠層光譜反射率

在已有研究成果基礎(chǔ)上, 本文選取 4 種植被指數(shù)建立大豆產(chǎn)量與無人機(jī)成像高光譜遙感監(jiān)測模型,,植被指數(shù)計(jì)算方法如表2所示,。

表2 植被指數(shù)計(jì)算公式

<strong>S185</strong>機(jī)載高光譜在作物估產(chǎn)領(lǐng)域中的應(yīng)用案例

基于 21 組空間尺度范圍下的大豆冠層高光譜數(shù)據(jù)分別與實(shí)測產(chǎn)量建立 PLSR 回歸方程, 對比不同空間尺度下的模型預(yù)測精度,,進(jìn)而確定空間尺度,。產(chǎn)量和 4 個(gè)植被指數(shù)的 PLSR 模型相關(guān)系數(shù) r 隨空間尺度面積的變化趨勢曲線見圖 2所示。相關(guān)系數(shù) r 介于 0.795~0.812 之間,,大豆冠層光譜植被指數(shù)與大豆產(chǎn)量極顯著相關(guān),,在空間取樣面積小于 8 m2 時(shí),建模精度隨著空間取樣面積逐漸增大而增大,,且隨著取樣面積的增大,,建模精度逐漸趨于平緩,,當(dāng)光譜取樣面積大于 10.13 m2后,建模精度隨取樣面積的增大而減小,。光譜空間尺度為 4.25 m×2.125m和4.5 m×2.25 m時(shí),,即9.03和10.13 m2時(shí),相關(guān)系數(shù)r達(dá)到大值,,大相關(guān)系數(shù)約為 0.8117,。可見,,在基于無人機(jī)高光譜影像輔助大豆估產(chǎn)研究時(shí),,所取光譜的空間范圍長、寬與小區(qū)總長,、寬之間的比例應(yīng)該介于 4.25:5 和 4.5:5,,這樣不僅能夠有效降低小區(qū)周圍土壤背景噪聲和邊緣陰影光譜的影響,又能夠避免大豆冠層信息的缺失,。

<strong>S185</strong>機(jī)載高光譜在作物估產(chǎn)領(lǐng)域中的應(yīng)用案例

圖2 產(chǎn)量和4個(gè)植被指數(shù)的PLSR模型相關(guān)系數(shù)和RMSE隨空間采樣窗口面積的變化曲線

以4.5×2.25m為空間取樣范圍提取的冠層光譜為終光譜,,建立產(chǎn)量和植被指數(shù)之間的PLSR模型,實(shí)際產(chǎn)量和預(yù)測產(chǎn)量的散點(diǎn)分布如圖3所示,。所建立大豆估產(chǎn)模型為:

產(chǎn)量=68.8GNDVI+79.2NDVI+26.2RVI+293.7MSAVI2-227.87

<strong>S185</strong>機(jī)載高光譜在作物估產(chǎn)領(lǐng)域中的應(yīng)用案例

使用無人機(jī)遙感平臺進(jìn)行大豆估產(chǎn),,對實(shí)現(xiàn)大規(guī)模大豆產(chǎn)量高通量快速獲取具有重要意義,能夠幫助育種學(xué)家快速篩選大豆優(yōu)良品種,。本研究基于無人機(jī) UHD185 光譜成像儀獲取的大豆不同時(shí)期的冠層光譜對空間尺度進(jìn)行了分析,, 結(jié)果表明,基于不同空間尺度計(jì)算的波譜數(shù)據(jù)在近紅外波段差異較大,,且品系間各植被指數(shù)在不同空間尺度處的顯著性差異水平不同,。基于原始高光譜圖像的空間分辨率計(jì)算各空間取樣面積處的光譜信息,,進(jìn)而對空間尺度進(jìn)行優(yōu)化選擇,,在未來的研究中,可以對空間取樣面積下的光譜進(jìn)行重采樣處理,,分析不同分辨率下光譜對大豆估產(chǎn)的影響,。同時(shí)也可考慮基于不同試驗(yàn)條件下的不同作物,探索無人機(jī)高光譜影像的空間尺度規(guī)律,。另外,,高光譜具有較高的光譜分辨率,可針對波譜信息進(jìn)行深入分析對光譜空間尺度進(jìn)行優(yōu)化選擇,。

 

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