[发明专利]可见和近红外光谱的植物叶片或冠层灰霉病诊断方法与系统

说明书

技术领域

本发明涉及植物叶片与冠层灰霉病害诊断系统，尤其是涉及一种可见和近红外光谱的植物叶片或冠层灰霉病诊断方法和系统。

背景技术

植物灰霉病害对于植物生长的危害十分严重。病害不仅能够导致经济植物的产物产量和质量的下降，同时会引起农药等药物的大量投入以及防治费用的上升，从而增加了农林生产成本并会造成严重的环境污染。现有的病害检测方法在实际农林业生产中都存在取样、测定、数据分析等方面需要耗费大量的人力、物力的缺点，且实时性差，无法满足具体生产实践的需要。肉眼观测存在着疲劳、情绪等主观因素的干扰；基于分子水平的检测方法，如生物测定技术、核酸序列分析技术、分子标记技术，PCR技术等，虽然较为准确，但不能实时操作，且需要专业人员操作，耗时，成本较高；通过以往的病害发生数据进行的统计预测在精度方面不够高，缺少实效性，并且只适用于在一个很大的地域范围内进行粗略估计，很难对小区或单株进行。

可见和近红外光谱技术是指利用可见和近红外谱区(波长约为325nm-2500nm)包含的物质信息，主要用于有机质定性和定量分析的一种分析技术。可见和近红外光谱易于获取，信息量丰富。可见光波段的光谱信息能够反映植物表面的颜色信息，而近红外光谱则反映植物内部的特征信息。植物的光谱特性是植物在生长过程中与环境因子(包括生物因子和非生物因子)相互作用的综合光谱信息。当植物遭受病虫害侵染后，其外部形态和生理效应发生变化，如卷叶、落叶、枯萎等，导致冠层形状变化；叶绿素组织遭受破坏，光合作用减弱，养分水分吸收、运输、转化等机能衰退。受害植物的光谱特性与健康植物的光谱特性相比会发生不同程度的变化。同时测量植物的可见光和近红外光谱信息可以对植物生长健康状况进行快色、准确的检测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于可见和近红外光谱的植物叶片或冠层灰霉病害诊断方法和系统。应用可见和近红外光谱技术，采集被测植物叶片或冠层的可见和近红外光谱信息，分析得到被测植物灰霉病害的感染程度，实现实时无损的植物灰霉病害检测的诊断。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一、一种可见和近红外光谱的植物叶片或冠层灰霉病诊断方法：

1)可见和近红外光谱仪采集被测植物的单一叶片或冠层的光谱信息，通过数据线输入计算机，光谱分析处理软件分析植物的单一叶片或冠层的光谱信息；

2)反射率100％的标定白板用于光谱采集前标定光谱仪；

3)通过计算机中的光谱分析处理软件，应用化学计量学方法建立的病害光谱模型，实时检测病害感染程度。

二、一种可见和近红外光谱的植物叶片或冠层灰霉病诊断系统：

包括可见和近红外光谱仪、标定白板和计算机；被测物体和标定白板的反射光进入可见和近红外光谱仪，可见和近红外光谱仪有两个接口，其中电源线接口，通过电源线和外接电源相连接，数据线接口通过RS232串口数据线和计算机相连，计算机上设有光谱分析处理软件，被测植物叶片或冠层放置在可见和近红外光谱仪和光源之间。

所述的光谱仪探头和植物叶片或冠层夹角45°，光源照射方向和植物叶片或冠层夹角同样为45°，并使得光谱仪探头和光源照射方向成90°。

所述的光源为日光或卤素灯。

与背景技术相比本发明具有的有益效果是：

(1)利用光谱技术进行病害识别，可实现多种植物灰霉病害的快速、稳定、实时的诊断。光谱的测定过程一般可在30秒内完成(多通道仪器可在1秒内完成)；

(2)不使用化学试剂，降低了检测成本，减轻劳动强度，能够很好的应用于环境监测。能够对植物病害进行无损检测，不影响植物的生长；

(3)能够应用到其他的植物病害上，其他植物病害的特征是病害发病区域以叶片为主，且发生在叶片上表面；

(4)整个检测系统只由一个便携式的可见和近红外光谱仪、一台计算机、一块标定白板组成；

(5)当测量系统的各组件都连接完毕后，最后的光谱分析工作通过带有建立好的化学计量学模型的光谱分析处理软件完成；

(6)通过对检测出染病的植物进行药物处理，可以减少由于全面喷洒而造成的药物用量，降低生产成本并减少污染。

附图说明

图1是本发明的结构原理框图。

图2是本发明的安装示意图。

图3是本发明方法的工作流程图。

图4是光谱仪的正面局部视图。

图中：1、光谱仪开关，2、一对镍-氢电池，3、电池使用指示灯，4、光谱仪开启指示灯，5、计算机连接的RS232串口数据线，6、电源线接口，7、可见和近红外光谱仪，8、光源，9、被测物体。