近红外高光谱成像扫描速度对拟南芥冠层含水率预测的影响

摘要

高光谱成像技术可以无损检测植物不同尺度的理化信息,现有研究往往以分析高光谱图像的平均光谱为主,忽略了其空间维度的信息.以模式植物拟南芥为研究对象,探究高光谱成像不同扫描速度引起的图像空间分辨率差异对植物冠层含水率测量的影响,为高光谱成像在线快速检测植物冠层含水率提供优化方案.首先利用室内在线高光谱成像系统分别在20,30和40 m m·s-1三种扫描速度下采集了拟南芥冠层高光谱图像,并提取拟南芥冠层平均反射光谱.其次,利用偏最小二乘算法(PLSR)建立了拟南芥冠层含水率与平均反射光谱的定量分析模型,通过决定系数(R2)、均方根误差(RMSE)、相对分析误差(RPD)对模型进行评估.比较基于原始光谱与多元散射校正算法(M SC)、Savitsky-Golay平滑算法等预处理光谱建立的PLSR模型,选取最佳光谱预处理方法用于后续的数据处理.最后,利用连续投影算法(SPA)分析比较基于最优特征波长与全波长的模型预测准确度,探明高光谱图像扫描速度对拟南芥冠层含水率预测的影响规律.研究结果表明,当扫描速度从20 mm·s-1提升到30 mm·s-1时,基于MSC预处理的全波段PLSR模型预测拟南芥冠层含水率决定系数降低0.88％,小于1％;当扫描速度从20mm·s-1提升到40mm·s-1时,拟南芥冠层含水率决定系数降低2.3％.说明在适当提高扫描速度的同时,能够保证植物冠层的高含水率预测准确度.改变高光谱扫描速度可以更有效地利用高光谱图像空间维度有效信息,扫描速度适当增大后,高光谱图像的空间维度信息改变,提高实际生产应用环节的图像采集效率,减少数据处理时间.