高光谱相机助力棉田虫情快速无损检测

高光谱相机在棉田虫情的快速无损检测方面具有重要作用。通过采集棉田的反射光谱数据，高光谱相机可以识别并区分不同类型的虫害。虫害导致植物光谱特征发生变化，这些变化可以通过高光谱相机进行精准检测，快速获取虫情信息。

高光谱相机能够提供丰富的数据和信息，包括植被指数、生长情况、叶绿素含量、氮素浓度等。这些数据和信息可以帮助农业生产者评估棉田的健康状况、虫情程度以及营养状态，有助于制定相应的防治措施和调整农业管理策略。

相比传统方法，高光谱相机具有许多优势和效率提升的特点。高光谱相机能够实时采集大量数据，并通过光谱分析提供更全面、准确的信息。这样可以避免传统方法中可能出现的人为误差和主观判断，提高检测的可靠性和精确性。同时，高光谱相机还具有快速、无损、非接触的特点，使得虫情检测过程更加便捷和高效。

在成本效益方面，使用高光谱相机进行棉田虫情检测可以减少人力、物力和时间成本。传统方法通常需要大量的人力和时间进行调查和采样，而高光谱相机可以实现高效率的大规模无损检测，节约资源并提高工作效率。

高光谱相机为棉田虫情的快速无损检测提供技术支持

本研究应用400-1000nm的高光谱相机，可采用广东赛斯拜克科技有限公司产品SP130M进行相关研究。光谱范围在400-1000nm，波长分辨率优于2.5nm，可达1200个光谱通道。采集速度全谱段可达128FPS，波段选择后最高3300Hz（支持多区域波段选择）。

本研究针对目前棉蚜危害监测依靠田间人工调查、布置装置采集等方法而导致虫情信息获取时效性差、覆盖面小等一系列问题，以高光谱成像仪获取健康、受好虫危害的棉花叶片样本高光谱数据与图像数据，提取光谱特征、图像特征，以特征数据作为输入构建机器学习模型，完成基于高光谱成像的棉花蚜虫危害判别模型与棉花蚜虫危害程度识别模型的建立，并依据棉花蚜虫危害程度识别模型，基于安卓系统自主研发了棉花蚜虫危害程度诊断系统，实现棉蚜危害的诊断，为农业生产提供棉蚜防控提供技术支持。

棉蚜作为棉花主要害虫之一，严重影响棉花高产、高效的生产，传统农情监测方法已不足以满足棉蚜快速监测需求。目前针对棉蚜快速监测主要以人工调查、田间装置监测等方法，存在费时费力、监测范围小、时效性差等问题。其次，田间装置监测易受到扬尘、空气悬浮物、异种昆虫等外界环境干扰，计数准确性难以保证。

此外，人为走动、装置的放置监测覆盖面有限，难以保证大范围农情监测，并且影响农业机械大范围农事作业。近些年随着计算机硬件算力、传感器技术、光谱技术、无线数据传输技术等现代信息技术的迅猛发展，为棉蚜田间快速监测奠定硬件基础和技术基础。因此，本研究针对目前棉蚜监测存在的一系列问题，基于棉花受棉蚜危害高光谱反射率变化等特点，进行大田试验明晰棉叶光谱监测分类的可行性，然后，通过受害样本光谱反射率不同提取特征，建立棉蚜危害等级识别模型，基于安卓平台研发棉蚜危害等级识别系统，为棉田虫情的快速

无损检测提供技术支持。主要研究结论如下：

（1）基于受到棉蚜危害的棉叶高光谱特征会发生变化进行大田实验，采集健康、棉蚜危害的棉叶样本，提取光谱特征、图像特征并以此作为输入构建机器学习模型，结果表明：RF-PLS-LDA模型效果最好，预测集识别率达到91.49%。由于模型中输入的数据量太大，建模效率低下，因此可通过减少模型中的输入数据来优化模型。逐一以纹理特征二阶统计量作为输入建立判别模型，其中PCA-Loading-PLS-LDA-Energy模型性能最好，预测集识别率达到92.55%。

（2）在确定高光谱成像可以应用于棉蚜危害监测的基础上，本研究基于光谱反射率、棉蚜危害时间、单叶蚜虫数量拟定三个危害程度，以此为指标数据构建SPA-PLSR棉蚜危害程度诊断模型模型决定系数R2达到0.5258，最小均方根误差为0.4021，为安卓平台的棉蚜危害监测系统提供理论支持。

（3）基于安卓平台，建立了棉蚜危害程度诊断模型，开发了棉蚜危害程度识别系统。该系统以特征波长光谱ROI均值反射率作为输入，棉蚜危害程度作为输出，总体识别率达到96%，并提供相应危害程度下农田管理措施。通过实践，该系统收效良好，实现了蚜害快速监测，可以应用于多种尺度的高光谱棉蚜危害监测，有望提高棉田虫情监测效率。

高光谱相机在棉田虫情检测中还存在一些局限性和挑战。例如，光谱数据的处理和分析需要专业知识和技术支持，对操作者的技能要求较高。此外，天气条件、植被稀疏和采集角度等因素也可能对结果产生影响。解决这些问题需要进一步优化算法，提高仪器性能，以及加强专业培训和操作指导。

未来，高光谱相机技术有望继续发展。其中的主要趋势包括提高设备的紧凑性和实用性，降低成本，改进数据处理和分析算法，以及与其他农业智能化技术的融合。这将进一步提高高光谱相机在棉田虫情检测中的实际应用和市场竞争力。

使用高光谱相机进行棉田虫情检测时，需要注意一些操作指南和技巧。例如，正确选择采集时间和天气条件，保持相机与植被的适当距离和角度，选择适宜的光谱波段进行检测。此外，建立相应的光谱数据库、模型和算法也是有效应用高光谱相机的关键。

高光谱相机在棉田虫情检测中具有重要性，对农业产业具有潜在的影响。其应用潜力包括快速无损检测、提供丰富数据和信息、优势和效率提升等方面。然而，还需要解决一些局限性和挑战，并且未来还有改进和发展的空间。因此，高光谱相机有望成为农业领域的重要工具，为棉田虫情监测和农业管理提供科学支持.