1. 在自然环境下,利用SOC710/SOC730高光谱成像光谱仪进行了杂草与作物的识别研究,对比了不同模型输入特征和不同识别方法的结果。结果表明,利用少量的光谱波段即可有效地实现对杂草之间以及杂草与作物的多类识别,位于红边区域的波段对杂草与作物有着显著的区分能力。对于不同识别方法,具有非线性分类能力的支持向量表现更优,特别是在作物与杂草的多类识别问题上。
2. 基于高光谱数据对生化参量进行了反演研究,对比了线性回归、多元线性回归、偏最小二乘法与支持向量机等方法的结果。不同模型方法之间的精度整体上差别不是很大,模型方法对反演精度的影响低于模型输入特征对精度的影响。反演叶绿素仅需要少量的重要波段信息即可,并且适应于多元线性模型。
3. 图像信息对叶绿素含量有着很好的指示作用,进一步的图像信息与光谱信息的融合可以显著提升叶绿素含量反演精度。高光谱数据由于其独特的测量方式和图谱合一的特点,可以更加准确地用于叶绿素含量反演,反演误差比非成像数据降低约50%。
4. 基于高光谱数据研究了植物在不同光照条件下的光谱响应变化,并尝试建立与光合作用参数的关系,用以反映植物的生理状况。PRI日变化呈现“早晚高中午低”的特点,与其指示的植物热耗能机制(叶黄素循环)正好对应,并且与光能利用率和光合有效辐射的变化规律吻合,表明利用高光谱数据,可以从光谱响应变化中成功地探测到植物光能利用热耗散变化信息。
5. 利用氧气吸收的760nm通道,可从高光谱辐射数据提取了太阳光诱导的光合作用荧光定量信息,获取高空间分辨率成像荧光图像,荧光强度呈现出理想的“早晚低中午高”日变化规律,并且展现了丰富的空间细节信息,与植物生理变化特点一致。与光谱指数相比,荧光对光能利用率的预测能力更强,说明荧光作为光合作用的“探针”对光能利用率等参数变化的指示作用更加灵敏。研究结果不仅对地面植株群体尺度上的获取荧光信息用于植物生理状况以及逆境指示研究有直接应用价值,有望可以广泛地应用于农作物估产、中药材种植、植物环境胁迫、植物病虫害等应用领域,同时也可为我国尝试从航空航天遥感角度获取植物光谱成像荧光信息提供有益的参考。
6. 利用高光谱数据可探测到植物叶片脱水过程中的“红边蓝移”现象,并且对这一现象以图谱可视化形式展示。
在植物信息提取的三个方面,即植物类别、生化参量、生理变化的研究实现了对SOC710/SOC730高光谱成像仪性能的全面评价,表明高光谱成像系统具有优越的光谱辐射性能,可用于植物定量化研究以及精准农业信息制图。(注:SOC710便携式可见-近红外成像光谱仪的光谱分辨率<5nm,波段数128个,内置扫描,重量仅3kg,野外应用非常便利;SOC730分辨率达2nm,精度更高。)