红外热成像与近红外光谱结合快速检测潜育期番茄花叶病

作     者：朱文静 李林 李美清 刘继展 魏新华 ZHU Wen-jing;LI Lin;LI Mei-qing;LIU Ji-zhan;WEI Xin-hua

作者机构：江苏大学现代农业装备与技术省部共建教育部/江苏省重点实验室江苏镇江212013 江苏大学农业装备工程学院江苏镇江212013 

基　　金：国家重点研发计划(2017YFD0700504) 江苏省自然科学基金项目(BK20150493 BK20161346) 中国博士后科学基金项目(2016M601743) 江苏大学高级人才科研启动基金项目(14JDG151) 江苏高校优势学科建设工程项目(苏政办发37号)资助 

出 版 物：《光谱学与光谱分析》 (Spectroscopy and Spectral Analysis)

年 卷 期：2018年第38卷第9期

页      码：2757-2762页

摘      要：现有的番茄花叶病无损检测方法无法在潜育期内,即显症之前进行早期识别导致施药不及时或者盲目过度施药。设计与试制了红外热成像信息采集系统,主要包括:光箱、红外热成像仪、温度及升降控制器、加热板和升降载物台。该系统能够根据温度起止节点的要求,人为调节拍摄温度。在江苏大学现代农业装备与技术省部共建重点实验室Venlo型温室中进行非抗病性番茄品种辽宁农科院L-402的培育。采用叶面摩擦接种花叶病毒(Tobacccco mosaic virus,ToMV),分为轻度感染组(LI),重度感染组(SI);LI组为磷酸缓冲液稀释500倍后的病毒液接种,SI组为病毒原液接种。对照组(CG)喷施等量磷酸缓冲液。接种10d后叶片开始出现病斑,证明接种后9d为番茄花叶病的潜育期。使用红外热成像系统采集了三个组共计144个样本的红外热成像图,计算叶表最大温差(MTD)以表征潜育期内连续9d内的叶面温度变化情况。CG组叶片的MTD值差异极小,而接种后叶片MTD值随着病毒侵染时间的推进发生了显著的变化。接种6d后MTD值差异最大可达1.63℃,第7d开始差异逐步缩小,表明病毒的扩散范围增大导致病叶越来越多的区域被侵染使得整体叶温上升。光谱采集采用两种方法进行,一种是根据热像图的MTD值计算判别出温度突变区域后采集光谱,记为热像采集法(TCM);另一种是不考虑病灶位置,在叶尖、叶中、叶基三个区域分别随机选择一个点采集光谱后求平均值,记为随机采集法(RCM)。TCM确定三个光谱采集点的选择原则是:LI组接种后3,6和9d的温度突变区域平均MTD值比CG组温度分别高出0.3,0.7和0.5℃。SI组接种后3,6和9d的温度突变区域平均MTD值比CG组温度分别高出0.5,1.2,0.8℃。差值达到此标准的病灶位置才定为TCM的可选区域。对所有样本采用支持向量机(SVM)算法建立识别模型。采用主成分分析对2 151个波长点的光谱信息进行压缩,前6个主成分所对应的累积方差贡献率已到达99%。分别对感病3,6和9d的样本按照2∶1的比例划分校正集和预测集,对预测集样本的病害程度进行识别。两种方法所建立的模型的总识别率分别为92.59%和99.77%。采用TCM建立的光谱识别模型中仅有接种后3d的一个LI组样本未能识别出来,被误判成CG组样本外,其余组识别率均达到了100%。结果表明近红外光谱法识别番茄花叶病是可行的。采用红外热成像结合近红外光谱法能够建立识别率更高的番茄花叶病潜育期识别模型,克服点源采样随机性,对后续管控流程和突破作物早期精准用药的关键技术探索,建立更为精准的温室智能施药系统提供了新的思路。

主 题 词：红外热成像 近红外光谱 潜育期 番茄花叶病 支持向量机 

学科分类：07[理学] 070302[070302] 0703[理学-化学类] 

核心收录：

D　O　I：10.3964/j.issn.1000-0593(2018)09-2757-06

馆 藏 号：203366330...