高光譜成像應(yīng)用于火炬松梭形銹病發(fā)病率的檢測(cè)

基于此，在本文中，來自北卡羅來納州立大學(xué)和密西西比州立大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)提出了一種利用高光譜成像技術(shù)篩選火炬松幼苗梭形銹病發(fā)病率的創(chuàng)新方法，具體目標(biāo)為（1）開發(fā)高光譜圖像處理管道，用于從火炬松幼苗圖像中的特定感興趣區(qū)域（ROI）中提取光譜數(shù)據(jù)；（2）基于來自(1)的特定ROI的光譜數(shù)據(jù)，評(píng)估用于區(qū)分患病和未患病幼苗的SVM分類模型。
【高光譜圖像獲取】

線性掃描高光譜成像儀（Pika XC2，Resonon Inc.，Bozeman，MT，USA）用于收集400至1000 nm范圍內(nèi)的高光譜數(shù)據(jù)，光譜分辨率為1.3 nm。高光譜圖像立方體的尺寸為1600×n×462，其中n為創(chuàng)建一個(gè)數(shù)據(jù)立方體使用的線掃描數(shù)，1600為每條線的像素?cái)?shù)。
獲取高光譜圖像后，通過閾值化歸一化植被指數(shù)（NDVI）圖像從背景中分割出幼苗，并通過使用Faster RCNN模型的目標(biāo)檢測(cè)來實(shí)現(xiàn)個(gè)體幼苗的描繪。隨后使用DeepLabv3+模型對(duì)植物部分進(jìn)行分割。并使用幾何特征分割冠層像素。從植物片段中提取光譜數(shù)據(jù)后，訓(xùn)練支持向量機(jī)（SVM）分類模型用于患病和非患病植物的分類。

【結(jié)果】
  圖2 測(cè)試集隨機(jī)組圖像的莖像素（紅色）和非莖像素（綠色）。對(duì)于每株植物，左圖顯示了地面實(shí)況標(biāo)簽，右圖顯示了DeepLabv3+模型預(yù)測(cè)結(jié)果。
  圖3 左：箱線圖顯示了從不同ROI提取的數(shù)據(jù)中使用SVM判別模型獲得的平衡精度。ST：莖上半部分；S：全莖；SB：莖下半部分；WP：整株植物；C：冠層。右圖：使用莖上半部分光譜數(shù)據(jù)的SVM分類模型的接收器操作特征(ROC)曲線與具有完美和不存在判別能力的模型進(jìn)行比較。

【小結(jié)】作者通過研究發(fā)現(xiàn)，本文所提出的方法可有效檢測(cè)病害發(fā)病率。隨著進(jìn)一步研究圖像采集和處理方法，以及通過使用自動(dòng)化表型平臺(tái)，火炬松幼苗的高通量表型分析將成為目前在抗性篩選中心所使用方法的一個(gè)組成部分。