[发明专利]一种机载松材线虫枯树检测高分辨率光谱成像相机及方法

说明书

本发明公开了一种机载松材线虫枯树检测高分辨率成像光谱相机及方法；该成像光谱相机包括朝向相同的RGB相机和三个工业相机；本发明在结合松材线虫枯树光谱特征的基础上，选用545nm波段和750nm波段上的波段宽度为30nm的滤光片，以及670nm波段上的波段宽度为14nm的滤光片；将所获得的三个波段的灰度图像进行波段对齐后，换算反射率，获得完整图像，即可将松材线虫枯树高亮显示出来；相比于现有技术在所有波段内均使用4nm光谱分辨率的高光谱检测方案，本发明显著降低了对松材线虫枯树的检测成本。此外，本发明使用具有更高空间分辨率的工业相机，能够在600m高空完成大面积松材线虫枯树的检测。

技术领域

本发明属于仪器科学与森林保护技术领域，具体涉及一种机载松材线虫枯树检测高分辨率光谱成像相机及方法，其基于高光谱分辨率的松材线虫病树的光谱特征，进行波段优选，并考虑无人机载的大面积作业要求，选用高空间分辨率的工业相机+特定波段的方法，同时集成RGB彩色相机+高精度GPS提供定位，确定患病植株的具体经纬度和海拔高度，满足松材线虫枯树定位识别要求。

背景技术

松材线虫通过松墨天牛等媒介昆虫传播，从而引发松材线虫病。被其感染的松树，其针叶会迅速从绿色转变为黄褐色或红褐色，整株干枯死亡，最终腐烂。目前，松材线虫引起的松材萎蔫病被称为松树的癌症，具有传播途径多、发病部位隐蔽、发病速度快、潜伏时间长、治理难度大等特点。由于松材线虫的毁灭性危害，已被世界上多个国家和地区列为检疫对象。仅在浙江省，自2020年底到2021年6月受感染的疫情面积就超过815万亩，病枯死松树超过737万株，造成巨大的经济损失。准确掌握松材线虫病枯立木的位置，数量并对其进行砍伐，能够有效防止松材线虫病的扩张蔓延，减少经济损失。传统的松材线虫枯树检测方法采用人工观察，其消耗大量的人力物力财力。

随着光谱技术的发展，目前对松材线虫枯树检测的方法主要有三种：

第一种方法是利用卫星监测数据库对松材线虫枯树进行检测(例如专利号201811070660.1)，将光谱指数与松材线虫病树特征数据库进行比对，从而识别松树患松材线虫病的程度。这类方法虽然成本不高，但是空间分辨率最高仅达到0.5米(高景1号)，难以对冠层直径2m以下的小树进行检测，并对多云多雨地区，较难获取有效的遥感数据。因此，卫星数据的空间分辨率及受天气情况的影响，不易满足松材线虫病树识别和精准定位的作业要求。

第二种方法是利用机载高光谱设备对地面树林进行检测(例如专利号201821329240.6所述)，其核心领域是使用高光谱设备，高光谱设备的光谱分辨率很高且光谱范围很广，能提取合适的波段对松材线虫枯树进行辨别，达到较好的效果。但其空间分辨率多为100W像素，对应在在600m高空(大面积无人机作业的基准要求)远不能满足检测的行业标准(每个像元分辨率不低于0.15m)，为了使每个像元的分辨率不低于0.15m，机载飞行高度一般为120m，作业效率很低，不适合大面积作业。同时，高光谱相机主要依赖于进口，其价格昂贵，维修周期长，不易普遍使用。

第三种方法，有人在高光谱相机的基础上，退而求其次选用了一种通用的多光谱设备(比如说CN202121470488.6)对松材线虫枯树进行检测，例如使用Red Edge多光谱相机(红边相机)，光谱通道为Red(668nmFWHM＝10nm)Green(560nmFWHM＝20nm)Blue(475nmFWHM＝20nm)、Red Edge(717nmFWHM＝10nm)、Near IR(840nmFWHM＝40nm)，但是这种相机缺乏准确监测松材线虫枯树的光谱通道以及带宽，Red Edge相机所用波段效果远差于本相机所使用的特选波段的效果)，并不适合作为一种专门应用于松材线虫病树检测的相机。

上述几种对松材线虫枯树的检测方法主要都是利用卫星数据、多/高光谱设备，存在空间分辨率不够、对松材线虫检测的光谱针对性不强、机载作业复杂且不适合大面积作业等问题。

发明内容