[发明专利]基于太赫兹光谱技术的受桑螟危害初期桑叶的识别方法

说明书

本发明公开一种基于太赫兹光谱技术的受桑螟危害初期桑叶的识别方法，包括步骤：采集健康以及受桑螟危害的桑叶，作为待测样本，用太赫兹时域光谱仪获取每个叶片的光谱，将获取的多条时域光谱取平均作为该样本的太赫兹时域光谱，将太赫兹时域光谱转换成太赫兹频域光谱；从太赫兹频域光谱中提取透过率光谱，并对透射光谱进行基线和平滑预处理；将健康和受害桑叶的类别编号分别赋值为1和0，然后与经过基线和平滑预处理的透过率光谱进行主成分分析、再进行最小二乘支持向量机分析建模；采集健康以及受害桑叶作为预测样本，获取桑叶的太赫兹时域光谱，带入所建模型中，进行受桑螟危害初期桑叶的识别。

技术领域

本发明涉及桑叶的识别方法领域，具体涉及一种基于太赫兹光谱技术的受桑螟危害初期桑叶的识别方法。

背景技术

桑螟是桑树的重要害虫之一，以其幼虫为害夏秋桑叶，以晚秋桑叶受害最重，发生严重时，造成桑叶产量下降，质量变劣，影响蚕业生产。桑螟夏秋季幼虫吐丝缀叶成卷叶或叠叶，幼虫隐藏其中咀食叶肉，残留叶脉和上表皮，形成透明的灰褐色薄膜，后破裂成孔。其排泄物污染叶片，影响桑叶质量。9～10月因该虫为害致桑叶枯黄，影响秋季饲蚕或引发蚕病。基于此，桑树虫害防治越早越有意义，但是目前桑螟危害主要由人工观测为主，难于提前防范，经历桑螟危害初期的桑树叶片组织结构发生改变，肉眼无法识别，只有借助其他方法来发现虫斑，并进行及时的防治。

随着光谱技术的快速发展，近红外光谱检测法、高光谱检测法、电磁波检测法及太赫兹波谱(Terahert，THz)检测法广泛应用于植物病虫害识别研究。由于大量的大分子振动和转动能级都处于太赫兹波段(0.1～10THz)，在太赫兹波段表现出很强的吸收和谐振，并且物质的太赫兹光谱包含丰富的物理信息和化学信息。针对大多数的有机生物大分子，在太赫兹波段具有指纹特性，可以用于物质的识别。此外，太赫兹光子能量低可避免生物细胞的烧伤以及光致电离损伤。太赫兹具有较强的穿透性，能穿透像桑树叶片这种较薄的生物样本。因此，太赫兹光谱检测技术在识别桑树叶片是否经历桑螟危害上具有一定的优势。

发明内容

本发明提供一种基于太赫兹光谱技术的受桑螟危害初期桑叶的识别方法，可在对桑树的管理中，实现可以尽早发现桑螟虫害，解决了常规的人工观测为主，难于提前防范的问题。

本发明利用太赫兹技术的指纹性、高穿透性、低损害性，采用太赫兹光谱技术进行桑树叶片是否经历桑螟危害的识别。实验选用在相同生长环境相同生长期的健康的叶片以及受到桑螟危害初期的桑树叶片，通过太赫兹时域光谱仪透射式模块采集桑树叶片的时域光谱，通过傅里叶变换将时域光谱转换为频域光谱，再在频域光谱的基础上提取太赫兹透过率光谱。然后对光学参数光谱进行预处理优化，主成分分析(PCA)聚类分析后采用最小二乘支持向量机分析对健康叶片以及受桑螟危害初期的叶片进行区分鉴定。本专利发明对尽早发现桑树桑螟虫害并防治具有一定的理论与实践指导意义。

本发明所采用的具体技术方案如下：

一种基于太赫兹光谱技术的受桑螟危害初期桑叶的识别方法，包括：

步骤1，挑选出未出现桑螟虫害的桑树；

步骤2，对步骤1中筛选得到的桑树样本进行人为可控的放置体长12mm-15mm左右的桑螟幼虫，并对桑螟的活动进行监督，每隔一段时间采集一次叶片，同时采集未放桑螟幼虫的健康桑叶和受桑螟幼虫危害之后的桑叶，得到桑叶样本；

步骤3，采用太赫兹时域光谱仪采集参考信号和桑叶的太赫兹时域光谱；将太赫兹时域光谱转换成太赫兹频域光谱；

步骤4，从太赫兹频域光谱中提取透过率光谱；并对透过率光谱进行基线和平滑预处理；

步骤5，将健康桑叶和受桑螟幼虫危害之后的桑叶的类别编号分别赋值为1和0，然后分别与经过基线和平滑预处理的透过率光谱进行最小二乘支持向量机判别分析建模；