基于多角度图谱解析的小麦白粉病诊断方法研究

Currently, diagnosis models of crop disease based on optical remote sensing are mostly built using crop canopy spectral data under vertical observation. Conventional methods have not been appropriate for monitoring wheat powdery mildew when it is at early stage or incubation stage. Based on this, the project will utilize multi-angle observation device with Field Imaging Spectrometer System (FISS) to research infection characteristics of wheat powdery mildew from bottom to top. Through collaboratively analyzing spectra and images of wheat powdery mildew collecting from early stage or incubation stage, to determine the optimal angle or angle combination which can response disease features; to pick up sensitive bands or band range for disease features, to achieve recognition of spectra and images for disease characteristics at early and medium stage. On that basis, multi-angle predicting models of wheat powdery mildew will be built and optimized using linear and nonlinear method, and then, the model will be validated and expanded through multi-angle imagery from nearground remote sensing platform. Above all, monitoring methods of wheat powdery mildew will been improved and multi-angle observation will be provided to monitor crop disease at large scale.

目前，基于光学遥感的作物病害诊断方法，大都是在垂直观测方式下获取作物冠层的光谱数据，进而构建病害遥感监测模型实现的。常规方法在小麦白粉病感染初期或潜伏期监测效果较差或根本无效。基于此，项目针对小麦白粉病自下而上的发病特征，采用多角度观测装置搭载地面成像光谱系统FISS，重点研究：1）通过图谱协同解析小麦白粉病早期/潜伏期的影像数据，确定表征病害特征的最优观测角度或角度组合；筛选出对病害敏感的波段或波段区间，实现对早中期病害特征的图谱识别；2）在此基础上，利用线性、非线性分析方法，建立融合多角度信息的病害预测模型并优化；3）通过低空遥感平台获取多角度影像，对多角度病害模型进行扩展性检验与验证。从而完善小麦白粉病的遥感监测方法，同时为多角度观测服务于大尺度的病害监测提供方法支持。

目前，基于光学遥感的作物病害诊断方法，大都是在垂直观测方式下获取作物冠层的光谱数据，进而构建病害遥感监测模型实现的。常规方法在小麦白粉病感染中早期监测效果较差或根本无效。基于此，项目针对小麦白粉病自下而上的发病特征，采用多源图谱信息协同解析小麦白粉病病害特征及构建反演模型。主要在以下三方面取得研究进展：1）融合图像和光谱信息识别染病小麦的病害特征并构建相关诊断模型；2）开展染病/健康小麦多角度观测试验并解析病害特征；3）染病小麦叶部病害识别方法研究及智能手机诊断系统研发。通过上述研究，项目利用分段主成分、小波分析、Relief-F算法等分析方法，在单叶和冠层尺度筛选出对病害敏感的波段或波段区间，构建相关病害指数实现了对早中期病害的有效识别；其次，通过开展多角度、低空遥感平台的小麦白粉病遥感诊断实验，大胆尝试不同的病害监测手段，积极探索小麦白粉病中早期光谱识别方法；再次，比较研究小麦叶部病害识别方法并开发基于Android操作平台的病害手机诊断系统。.上述方法、技术和系统的探索研究，将有助于提高基于遥感技术的小麦白粉病中早期监测诊断能力，有利于小麦白粉病航天和卫星平台的大尺度遥感监测精度的提高，最终为及时防治小麦病害突然爆发，减少农药投入，降低农田生态环境污染，增加粮食产量等服务。