[发明专利]红外热像与近红外光谱结合检测潜育期番茄花叶病的方法

说明书

本发明公开了红外热像与近红外光谱结合检测潜育期番茄花叶病的方法，涉及番茄花叶病的检测技术领域。本发明基于红外热成像与近红外光谱结合的番茄病害潜育期检测方法，近红外光谱检测作物病害的生化信息具有较好的效果，它能够直接反映分子内部结构及运动状态。建立红外热成像与近红外光谱的番茄病害潜育期诊断评价模型，获取病灶位置、面积大小等重要信息方面具有直观性。本发明与一般的近红外检测病害的方法相比，检测速度快、发现病害更早；与单一的近红外光谱技术手段相比，得到的信息更准确，检测结果的精确性和稳定性都有所提高。

技术领域

本发明涉及番茄花叶病的检测技术领域，特指一种红外热成像与近红外光谱结合检测潜育期番茄花叶病的方法。

背景技术

目前，我国已经成为仅次于美国的全球第二大番茄种植国和第一大番茄制品出口国，仅新疆地区番茄制品的年产能已经突破200万吨。番茄病毒病是在世界范围内广泛发生的番茄主要病害，田间症状多样，番茄花叶病是最常见也是危害最大的病害之一，直接引发减产、品质下降、甚至死亡，使得农业生产造成重大损失，严重影响经济效益。实时、灵敏、可靠的检测和防治是番茄科学生产管理的基础。

植物生理学的研究已经证明，植物受到病害的侵染过程是指病原物侵入寄主到寄主发病的全过程。这个过程又分为侵入期、潜育期、发病期，其中潜育期最短的几天，长的可达一年，而肉眼观察到叶片的病斑时已经是发病期，如何在潜育期尽早识别，解决在变量施药过程中喷雾对象的定位和喷洒剂量的问题是精准施药的核心难题。

目前利用计算机无损检测技术对植物病害进行检测是国内外作物营养及病害诊断的常用方法。主要有可见/近红外光谱技术和计算机视觉技术两大类。可见/近红外光谱技术因采用点源采样而具有随机性，无法解决病原菌早期侵害的病灶敏感区域的快速定位问题。计算机视觉技术检测作物病害时，要全面了解掌握作物叶片受害的相关特征信息，一般是通过提取RGB图像或者某一波长下的灰度图像，提取颜色、形态、纹理等特征变量进行分析，这就需要在肉眼能观察到病斑以后进行试验，利用植物叶片在显症之后面积较大的病斑或枯斑与非显症部分进行分割，在未显症之前根本无法判别，假设叶片尚处于发病前的潜伏期，那么基于视觉图像类的技术手段也无法实现早期诊断。因此迫切需要探索新的检测方法实现作物病害潜育期准确诊断，将病害消灭在萌芽阶段，指导施肥和灌溉，实现“早用药、少用药”，为作物病害的综合防治提供科学的决策依据。

红外热成像技术以其对温度的高敏感性和在线检测的可行性，目前在电气、航空和医学等均有比较成熟的研究成果，在农业生产的诸多领域也有相关的应用。利用热成像的特性，有望在肉眼无法观察到的潜育期实现植物病害的早诊断。原因是植物体天生的固定性决定了在受到病害或者营养胁迫条件下，植物往往会通过调节自身体内的信号网络去适应不断变化的环境刺激，呼吸作用、光合作用、蒸腾作用、气孔导度等均发生变化，继而在叶温上发生改变，即植物收到病菌侵入时与人体类似，在完全发病前其温度会有相应的变化。叶面温度作为植物的重要生理特性和生态状况研究的基本参数是能够及时反映植物健康与否的指标之一。李光君以西拉葡萄叶片为对象，建立葡萄的水分胁迫指数CWSI和气孔导度指数IG的预测模型相关系数分别达到98.95％和99.01％，证明了热成像技术与近红外光谱结合是一种可靠的无损检测方法(李光君.热成像技术与近红外光谱技术结合无损检测西拉葡萄叶片水分含量,山西农业科学，2016,(44):1467-1475.)。徐小龙等通过变温试验把叶片在低温冰箱冷藏取出后再拍摄红外热像图的办法对番茄花叶病进行检测，得出在可见病斑出现的前3d内可检测到温度剧变的结论，然而变温实验法在实际生产实践中执行具有一定的难度(徐小龙，蒋焕煜，杭月兰.热红外成像用于番茄花叶病早期检测的研究,农业工程学报，2012,28(5):145-149)。近几年来国内外一些学者主要是将近红外技术和红外热成像技术单独应用于作物病害的检测中，但未见利用红外热成像和近红外技术结合来检测潜育期番茄花叶病的方法。

发明内容