紅外熱成像技術(shù)在作物病害早期檢測(cè)方面的應(yīng)用研究.pdf

1、為了防治病害，保證糧食產(chǎn)量，我國(guó)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中存在過(guò)量使用農(nóng)藥的情況，導(dǎo)致土壤和水源的污染日益嚴(yán)重。與此同時(shí)，大量使用農(nóng)藥帶來(lái)的食品安全問(wèn)題也得到全社會(huì)廣泛關(guān)注。為了保護(hù)環(huán)境實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，國(guó)家對(duì)農(nóng)業(yè)的水、肥、藥的使用提出了控制用量的要求。2015年3月5日，兩會(huì)上的政府報(bào)告中強(qiáng)調(diào)“綜合治理農(nóng)藥獸藥殘留問(wèn)題，全面提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量和食品安全水平”。其中病蟲(chóng)害的早期發(fā)現(xiàn)和早期施治是降低農(nóng)藥使用量的有效措施。
　　傳統(tǒng)的病害檢測(cè)主要基于

2、肉眼觀察。為了提早發(fā)現(xiàn)病害，近年來(lái)人們進(jìn)行了大量的探索研究，尋找病害早期發(fā)現(xiàn)的方法途徑，如顯微技術(shù)、光譜技術(shù)等。本文對(duì)紅外熱成像技術(shù)在作物病害早期檢測(cè)方面進(jìn)行了研究試驗(yàn)。
　　本課題研究主要內(nèi)容如下:
　　1.總結(jié)了國(guó)內(nèi)外采用紅外熱成像技術(shù)對(duì)作物病害和脅迫方面進(jìn)行檢測(cè)的研究進(jìn)展和現(xiàn)狀，并分析了該技術(shù)在國(guó)內(nèi)外同類研究中的不足之處;對(duì)紅外熱成像技術(shù)進(jìn)行概述，著重闡述了非制冷紅外探測(cè)器的原理及構(gòu)造，并對(duì)其熱流量方程進(jìn)行推導(dǎo);通過(guò)分

3、析作物感染病害后水分變化與溫度的關(guān)系，得出了紅外熱成像技術(shù)應(yīng)用于作物病害檢測(cè)具有可行性的結(jié)論。
　　2.通過(guò)查閱大量資料并咨詢揚(yáng)州農(nóng)科院的水稻專家和中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)的小麥組專家，進(jìn)行多次預(yù)試驗(yàn)，對(duì)比確定了水稻稻瘟病噴霧接種法和小麥條銹病涂抹接種法。對(duì)病菌的特點(diǎn)及侵染機(jī)理進(jìn)行了分析;結(jié)合實(shí)際操作對(duì)病菌的培養(yǎng)、病害接種過(guò)程等水稻和小麥各自試驗(yàn)材料的制備方法進(jìn)行了歸納整理;正式試驗(yàn)選擇水稻稻瘟病和小麥條銹病為試驗(yàn)材料。
　　3.對(duì)系統(tǒng)

4、需求進(jìn)行分析，搭建了紅外熱成像試驗(yàn)系統(tǒng)，包括德國(guó)VarioCAM(@)hr紅外熱像儀、圖像存儲(chǔ)卡、上位機(jī)和可見(jiàn)光圖像采集系統(tǒng)。圖像正式采集之前，通過(guò)對(duì)全天不同時(shí)刻作物紅外熱圖像采集，分析對(duì)比了環(huán)境溫度和水分對(duì)成像效果的影響，最終確定了圖像采樣時(shí)間及檢測(cè)方法。
　　4.在可控條件下，運(yùn)用紅外熱成像技術(shù)對(duì)水稻稻瘟病葉片和小麥條銹病葉片進(jìn)行初步檢測(cè)，分析紅外熱圖像中病原對(duì)葉片的影響。采用IRBIS3紅外數(shù)據(jù)分析軟件對(duì)獲取的200幅圖像進(jìn)

5、行分析，提取其特征值可得，在干燥環(huán)境中，水稻稻瘟病葉片感病后的溫差為0.62℃～2℃，其健康葉片溫差小于0.2℃;小麥條銹病的葉片感病后的溫差為1℃～1.5℃，其健康葉片溫差小于0.3℃。
　　5.利用紅外分析軟件IRBIS3對(duì)2000余幅圖像進(jìn)行分析，結(jié)果表明:
　　(1)對(duì)接種水稻稻瘟病的80個(gè)水稻樣本進(jìn)行連續(xù)、無(wú)損檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)在肉眼很難觀測(cè)到病變時(shí)，紅外熱圖像中已經(jīng)能發(fā)現(xiàn)葉片感病部位和健康部位間約有0.36℃～0.63℃

6、的溫度特征差值，基本可以于發(fā)病前一天初步實(shí)現(xiàn)對(duì)水稻稻瘟病的早期檢測(cè)。
　　(2)小麥在遭受條銹菌侵染后，葉片病害部位的溫度低于健康部位的溫度，在病斑明顯可見(jiàn)前，即小麥剛進(jìn)入褪綠期，此時(shí)還未產(chǎn)孢，而在紅外熱圖像中的標(biāo)注點(diǎn)處，經(jīng)過(guò)紅外熱圖像特征提取可得此處比周圍正常部位溫度特征值低0.62℃～0.87℃。
　　(3)本試驗(yàn)在利用紅外熱成像技術(shù)檢測(cè)作物病害的同時(shí)，使用葉綠素含量測(cè)定儀SPAD-502對(duì)其葉綠素相對(duì)值進(jìn)行測(cè)定。與葉片