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)進步使高光譜成像比以往任何時候都更實惠、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信息。

可以對收集到的高光譜圖像進行分析，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 (UAV)、衛(wèi)星或有人駕駛飛機上。當安裝在無人機或衛(wèi)星上時，它們通常被稱為多光譜成像儀，因為它們只收集特定光譜帶中的數(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)，因為植物反射該區(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，因為它們可以在連續(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)測植物反射率隨時間的變化，農(nóng)民可以優(yōu)化他們的灌溉計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會對其作物造成嚴重損害之前采取行動。

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)投入的同時提高產(chǎn)量的農(nóng)民來說具有巨大的潛力。這項技術(shù)最近才變得負擔(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、灌溉計劃、土壤特征和害蟲檢測。隨著越來越多的農(nóng)民采用這項技術(shù)，我們可能會在未來幾年看到更多的創(chuàng)新應(yīng)用。