高光谱成像技术对番茄叶片灰霉病的早期检测

灰霉病的定义和症状介绍

灰霉病是一种由灰霉菌引起的番茄病害，常出现在果实、花蕾和叶片上。它的症状是病斑呈现灰色，表面覆盖有灰白色绒毛，渐渐扩散并导致病部的腐烂，最终影响到整个植株。灰霉病的治疗通常需要使用化学农药或者天然植物保护剂来控制病害。

番茄叶片灰霉病检测方法

通常情况下，番茄叶片灰霉病的早期症状是难以被裸眼识别的，但在病变早期，叶片的内部组织结构和叶面上的化学物质含量会发生变化，从而对应着不同的光谱反射率特性。通过高光谱成像技术，可以在病变早期对番茄叶片进行快速、准确的光谱分析，从而实现早期病害检测和有效治疗。

高光谱成像技术如何检测番茄叶片灰霉病

在使用高光谱成像技术进行番茄叶片灰霉病的早期检测时，需要通过计算机对所得到的图像进行分析和处理，以提取出与病变有关的光谱特征参数。这些光谱特征参数包括反射率、吸收率、透射率等，通过比较不同光谱特征参数之间的变化，可以识别出患病的叶片和健康的叶片之间的差异，从而实现早期检测和诊断。

高光谱成像技术的番茄叶片灰霉病的早期检测应用案例

本研究应用了400-1000nm的高光谱相机，可采用SINESPEC赛斯拜克技术有限公司产品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）。

番茄灰霉病是由灰葡萄孢菌引起的一种世界性侵染病害，对温室番茄生长危害严重，该病害具有易发生、蔓延快、病菌抗药性强、经济损失大等特点，已成为抑制温室番茄安全生产的关键因素之一。由该病引起的番茄产量损失高达20%，而且用于防治灰霉病的杀菌剂用量是整个种植季节杀菌剂用量的60%之多。除危害番茄外，该病菌还可危害茄子、辣椒和黄瓜等20多种作物。传统的植物病害诊断方法是植保工作者依据经验和病理分析对植物病状和病症进行综合分析后得出诊断结果），但传统检测方法效率低、工作量大、实时性差，不能实现早期快速诊断，往往耽误了病害的最佳治理时期，加大了农药的施用量，增加了成本，而且环境污染严重，因此寻求一种快速准确的早期检测方法非常重要。

目前已有学者应用光谱技术对植物病害进行了早期检测研究，但是光谱技术只能提供被检测对象的光谱信息，无法提供目标物的图像信息。高光谱成像技术是一种将图像和光谱结合起来的高效、快速、无损、实时检测技术。它结合了计算机图像与光谱技术两者的优点，并将两者融为一体，具有多波段、高分辨率与图谱合一

提出了一种高光谱成像技术的番茄叶片灰霉病的早期检测。首先通过实验获取番茄叶片的高光谱图像，考虑红边现象，利用680～740 nm波段的方差图实现番茄叶片与背景的分割，以提取有效信息；通过利用提取高光谱图像中的敏感区域，进行番茄叶片灰霉病光谱维的数据预处理和建模分析，选取SNV预处理方法对高光谱图像进行预处理，提高数据对番茄灰霉病信息的提取能力；

通过SIMCA的鉴别能力参数获取特征波段图像401.14，491.16，550.34，625.18，649.08，687.02和743.11 nm等七个波段图像，并选择多元线性回归法进行患病预测，准确率均大于99%；再由多元线性回归法获取各特征波段图像的回归系数，由此获取波段融合图像，通过通过最小距离法对融合后的图分割，提取番茄患病部位信息。

灰霉病和其他番茄病害的区别 

为了预防番茄叶片灰霉病，农民们可以改善种植环境，增加空气流通，控制湿度，及时修剪枝条，采取植物保护措施，如使用有机肥料、喷施杀菌剂等。此外，番茄叶片灰霉病和其他番茄病害的区别在于，灰霉病病斑通常比较小，呈现灰色和褐色，病斑周围有腐烂现象。

利用高光谱成像技术进行番茄叶片灰霉病的早期检测，不仅可以提高病害诊断的准确性和可靠性，还可以加速病害治疗的进程，减少给番茄种植业带来的经济损失。因此，该技术具有很大的应用前景和价值。

高光谱成像技术在农业领域的前景和应用

在其他农作物上，高光谱成像技术也被广泛应用，如水稻、麦子、玉米、大豆、葡萄等。未来，高光谱成像技术由于其精度高、检测速度快、非破坏性等优点，可望在绿色农业、生态农业、智能农业、植物生长监测、环境保护中得到广泛应用。