紅外熱成像技術在作物病害早期檢測方面的應用研究.pdf

1、為了防治病害，保證糧食產(chǎn)量，我國在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中存在過量使用農(nóng)藥的情況，導致土壤和水源的污染日益嚴重。與此同時，大量使用農(nóng)藥帶來的食品安全問題也得到全社會廣泛關注。為了保護環(huán)境實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，國家對農(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，兩會上的政府報告中強調(diào)“綜合治理農(nóng)藥獸藥殘留問題，全面提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量和食品安全水平”。其中病蟲害的早期發(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)的病害檢測主要基于

2、肉眼觀察。為了提早發(fā)現(xiàn)病害，近年來人們進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、光譜技術等。本文對紅外熱成像技術在作物病害早期檢測方面進行了研究試驗。
　　本課題研究主要內(nèi)容如下:
　　1.總結了國內(nèi)外采用紅外熱成像技術對作物病害和脅迫方面進行檢測的研究進展和現(xiàn)狀，并分析了該技術在國內(nèi)外同類研究中的不足之處;對紅外熱成像技術進行概述，著重闡述了非制冷紅外探測器的原理及構造，并對其熱流量方程進行推導;通過分

3、析作物感染病害后水分變化與溫度的關系，得出了紅外熱成像技術應用于作物病害檢測具有可行性的結論。
　　2.通過查閱大量資料并咨詢揚州農(nóng)科院的水稻專家和中國農(nóng)業(yè)大學的小麥組專家，進行多次預試驗，對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。對病菌的特點及侵染機理進行了分析;結合實際操作對病菌的培養(yǎng)、病害接種過程等水稻和小麥各自試驗材料的制備方法進行了歸納整理;正式試驗選擇水稻稻瘟病和小麥條銹病為試驗材料。
　　3.對系統(tǒng)

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

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2000余幅圖像進行分析，結果表明:
　　(1)對接種水稻稻瘟病的80個水稻樣本進行連續(xù)、無損檢測，發(fā)現(xiàn)在肉眼很難觀測到病變時，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)病前一天初步實現(xiàn)對水稻稻瘟病的早期檢測。
　　(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，在病斑明顯可見前，即小麥剛進入褪綠期，此時還未產(chǎn)孢，而在紅外熱圖像中的標注點處，經(jīng)過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)本試驗在利用紅外熱成像技術檢測作物病害的同時，使用葉綠素含量測定儀SPAD-502對其葉綠素相對值進行測定。與葉片