基于多光谱荧光成像技术和SVM的葡萄霜霉病早期检测研究

摘要：

葡萄霜霉病是全球危害最严重的葡萄病害,对该病进行早期检测和防治,可提高葡萄品质和产量,提出一种基于多光谱荧光成像技术(M FI)和支持向量机模型(SVM)的霜霉病早期检测方法.对人工接种霜霉病的葡萄叶片(145个)和健康对照叶片(145个)从叶背面连续6天进行多光谱荧光成像,获得试验叶片16个荧光参数(4个单独波段F440,F520,F690,F740及其相互比值)的图像.在分析不同荧光波段图像随接种天数(DPI)变化规律基础上,通过单因素方差分析和相关性分析,优选出进行霜霉病早期检测的4个波段特征F520,F690,F440/F740,F690/740,利用这4个特征构建基于S V M的霜霉病检测模型.试验发现,16个荧光参数都有早期检测霜霉病的潜力,四个单独波段中F440和F520比F690和F740对霜霉病的侵染更敏感,6DPI才显症的病斑能在F440和F520波段2DPI(接种后第二天)的荧光图像中凸显,接种叶片F440和F520波段荧光强度均随着DPI增加快速升高,在2DPI显著高于健康叶片(p<0.01),并随着DPI增加更加显著(p<0.0001);接种叶片F690和F740波段荧光强度均随着DPI增加逐渐减小,1DPI—3DPI与健康叶片无显著差异,从4DPI开始显著低于健康叶片(p<0.05),并在5DPI—6DPI更加显著(p<0.01);健康叶片荧光参数变化很小.F440极易受干扰,变异系数最大,F520最稳定.随着DPI增加,叶片被侵染程度加深,4个特征融合的SVM模型对健康和接种叶片检测准确率逐渐提高,1DPI的准确率为65.6％,3DPI检测准确率为82.2％,整个试验周期(1DPI—6DPI)的平均检测准确率达84.6％,高于单一特征中最优波段F520的阈值检测结果(1DPI的准确率为61.1％,3DPI检测准确率为78.9％,整个试验周期为80.0％).结果表明利用M FI技术和SVM模型能实现霜霉病显症前的早期检测,为便携式葡萄霜霉病早期诊断设备的开发提供了理论依据.

关键词：多光谱荧光成像、葡萄霜霉病、病害检测、支持向量机、特征选择

所属期刊栏目：41

分类号：O433(光学)

资助基金：国家自然科学基金项目;国家重点研发计划项目

在线出版日期：2021-03-18（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共7页

页码：828-834