高光譜成像是一種遙感技術(shù)，可用于收集有關(guān)物體、場景或區(qū)域的物理和化學(xué)特性的數(shù)據(jù)。過去，高光譜成像系統(tǒng)太大、太貴，而且需要的功率太大，無法用于農(nóng)業(yè)。然而，最近的技術(shù)進(jìn)步使高光譜成像比以往任何時(shí)候都更實(shí)惠、更容易獲得。農(nóng)民現(xiàn)在可以使用高光譜成像來收集有關(guān)作物、土壤和水資源的詳細(xì)信息。

可以對收集到的高光譜圖像進(jìn)行分析，以揭示有關(guān)農(nóng)作物健康狀況、病蟲害存在情況以及土壤養(yǎng)分含量的重要信息。該信息可用于提高作物產(chǎn)量、優(yōu)化灌溉計(jì)劃并減少對化學(xué)品投入的需求。此外，高光譜成像可用于監(jiān)測空氣質(zhì)量和大氣成分等環(huán)境條件。

高光譜成像的工作原理

高光譜成像系統(tǒng)由收集各種波長數(shù)據(jù)的傳感器、將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖像的處理器以及分析圖像以提取有關(guān)正在成像的物體或場景的信息的軟件組成。農(nóng)業(yè)中使用的大多數(shù)高光譜成像儀的波長范圍從可見光譜 (400-700 nm) 擴(kuò)展到近紅外光譜 (700-1000 nm)。這使他們能夠以非常高的分辨率收集有關(guān)物體反射率、吸收率和熒光的數(shù)據(jù)。

高光譜成像儀通常安裝在無人機(jī) (UAV)、衛(wèi)星或有人駕駛飛機(jī)上。當(dāng)安裝在無人機(jī)或衛(wèi)星上時(shí)，它們通常被稱為多光譜成像儀，因?yàn)樗鼈冎皇占囟ü庾V帶中的數(shù)據(jù)，這些光譜帶是為滿足應(yīng)用需求而選擇的。例如，為農(nóng)業(yè)應(yīng)用設(shè)計(jì)的多光譜成像儀可能只收集電磁波譜近紅外區(qū)域的數(shù)據(jù)，因?yàn)橹参锓瓷湓搮^(qū)域的大部分光。

雖然多光譜成像儀可以提供有關(guān)物體或場景的有用信息，但它們受到它們可以檢測到的光譜帶數(shù)量的限制。高光譜成像儀沒有這種限制，因?yàn)樗鼈兛梢栽谶B續(xù)的波長范圍內(nèi)收集數(shù)據(jù)。這使他們能夠潛在地檢測到數(shù)千種不同的光譜特征，這使得它們比多光譜成像儀靈敏得多。

高光譜成像在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

高光譜成像可用于農(nóng)業(yè)中的各種不同應(yīng)用，包括作物測繪、產(chǎn)量估算、灌溉調(diào)度、土壤特征和害蟲檢測。農(nóng)民可以使用高光譜圖像繪制作物地圖，以便準(zhǔn)確了解每種作物的生長位置。然后，這些信息可用于使用考慮了植物密度和葉面積指數(shù)等因素的作物模型來估算產(chǎn)量。

農(nóng)民還可以使用高光譜圖像來檢測灌溉問題，例如泄漏或溢出。通過監(jiān)測植物反射率隨時(shí)間的變化，農(nóng)民可以優(yōu)化他們的灌溉計(jì)劃以減少用水量而不損害作物產(chǎn)量。此外，高光譜圖像可用于描述土壤特征，以便農(nóng)民準(zhǔn)確了解土壤中存在哪些養(yǎng)分以及如何最好地為作物施肥。

最后，高光譜圖像還可用于檢測害蟲，例如昆蟲或雜草。通過分析不同波長下植物反射率的變化，即使害蟲非常小且肉眼難以看到，也可以識別它們。然后，農(nóng)民可以利用這些信息在害蟲有機(jī)會對其作物造成嚴(yán)重?fù)p害之前采取行動。

結(jié)論

在農(nóng)業(yè)應(yīng)用方面，高光譜成像對于希望在減少用水量和化學(xué)投入的同時(shí)提高產(chǎn)量的農(nóng)民來說具有巨大的潛力。這項(xiàng)技術(shù)最近才變得負(fù)擔(dān)得起和易于使用，但它已經(jīng)被用于各種任務(wù)，例如作物測繪產(chǎn)量估算、灌溉計(jì)劃、土壤特征和害蟲檢測。隨著越來越多的農(nóng)民采用這項(xiàng)技術(shù)，我們可能會在未來幾年看到更多的創(chuàng)新應(yīng)用。