北京理加联合科技有限公司

LICA United Technology Limited

服务热线: 13910499761 010-51292601
企业邮箱
应用支持 Application Support
News 应用支持

植物病害的高光谱图像解译识别:3D-CNN与显著图模型

日期: 2018-10-09
浏览次数: 1091

本文旨在利用高光谱数据建立一个准确、可解释的植物病害识别模型。由真菌引起的大豆炭腐病是一种严重影响大豆产量的世界性病害。在383-1032 nm范围内,Resonon高光谱成像仪在240个不同的波长处捕获高光谱图像。针对大豆炭腐病,科学家建立了3D卷积分网络模型,模型分类精度为95.73%,并利用可视化显著图检验训练模型、敏感像素位置以及分类的特征敏感波段,发现:敏感特征波段为733 nm,这和常用的鉴别植物健康程度的特征波段范围(700-1000nm)是一致的。

 

实验:

感染炭腐病的大豆:分别在第3、6、9、12和15天采集健康的和受感染的大豆茎秆样品,在测量病害程度之前,实时采集健康的和收到感染的茎秆的高光谱图像。

测量仪器:美国Resonon高光谱成像仪,型号:Pika XC

(包含安装支架、移动平台、操作软件和2个70w卤素灯)

Pika XC性能:

光谱通道数:240,波段范围,400-1000 nm,分辨率:2.5 nm。

 

平台系统如下图(a)所示:

植物病害的高光谱图像解译识别:3D-CNN与显著图模型

(a)    室内高光谱成像系统

(b)    不同光谱波段的大豆茎秆样品高光谱图像

(c)     大豆茎秆的内部和外部RGB图像的病害程度比较

3D-CNN模型由两个连接的卷积分模型组成,其中,一个小的构架用于防止训练模型过饱和。2个图层(3*3mm空间维度,16个波段的光谱维度)作为第一个卷积分分层,4个3*3*16的图层作为第二个卷积分层,修正线性输入模型作为输出层。

植物病害的高光谱图像解译识别:3D-CNN与显著图模型 

结果分析:

1.    539个测试图像用于3d-cnn模型的精度评估。

如表1所示:模型分类准确为95.73%,0.92的分类精度也体现了不同病害阶段的普适性。

植物病害的高光谱图像解译识别:3D-CNN与显著图模型

2.    可视化显著图评价

植物病害的高光谱图像解译识别:3D-CNN与显著图模型

我们可视化了用显著图分类出来的部分图像, 最大分类得分的输入图像用于判别敏感像素位置。图三为感染病害和健康图像的显著图。每个像素的级别大小用于评价其在分类过程中的重要性。受感染茎秆图像的显著图比图像中严重感染区域(红棕色)对应的位置具有更高的数值。这表明,严重感染的图像区域包含最敏感的像素位置,可以预测受感染分数。无论是健康图像还是感染图像,显著图高值都集中在茎的中部区域。

植物病害的高光谱图像解译识别:3D-CNN与显著图模型

测试图像的直方图数据,代表了每个波长最大显著图的图像像元百分比C*=130(733 nm)

1.    在测试数据中,近红外区的波长733 nm (C*=130)是所有波长中最敏感的;

2.    在703 ~ 744 nm的光谱范围内,15个波长在测试图像的像素位置中占33%,是梯度值的最大值;

3.    受感染样本的可见光谱波长(400-700 nm)比健康样本更敏感。

 

结论

数据结果证明了3D-CDD模型可以有效地学习高维的高光谱数据,应用于大豆炭腐病鉴别领域。从生理学机理角度,可视化显著图解释了高光谱特征波段在分类中的重要性,使模型更具有说服力。因此,我们对于该模型更加自信,在未来,基于鲁棒可解释机制的波段选择将有助于高光谱数据的降维,也将有助于设计高通量表型的多光谱摄成像系统。


请点击如下链接,阅读文献:

植物病害的高光谱图像解译识别:3D-CNN与显著图模型

News / 相关新闻 More
2026 - 11 - 02
研究背景河流和溪流是大气甲烷(CH₄)的重要来源。已有研究发现,源头河流通常具有较高的CH₄排放强度,是河流CH₄排放的重要热点。但在高海拔冰冻圈地区,这一规律是否依然适用?受低温和有机碳底物匮乏等因素影响,该区域的CH₄过程可能受到限制。与此同时,冰川融水的持续输入也可能进一步改变河流的CH₄排放特征。那么,冰川融水究竟如何影响河流CH₄排放?其背后的作用机制又是什么?针对这一问题,兰州大学高坛光老师团队以青藏高原北部黑河上游为研究区域,通过2020—2023年连续观测,系统分析了冰川补给河流与非冰川补给河流的CH₄排放特征,并进一步探讨冰川融水对河流CH₄排放的调控机制。图1. (a) 研究区域概况。(b) 在三次不同的野外考察期间,使用浮动气室法进行气体采样的现场照片。研究方法实验设计:研究以青藏高原北缘黑河上游为研究区域。2020—202年,在该研究区域上游设置25个采样点(冰川补...
2026 - 10 - 26
研究背景漂流木在海岸生态系统中扮演着重要角色,既能拦截泥沙、保护沙丘,也能为动物栖息和植被生长提供条件。然而,漂流木常因影响海滩景观而被清理,因此,如何准确识别其分布,成为海岸带生态监测与管理的重要课题。遥感技术为地表材料识别与海岸环境监测提供了有效手段。无人机凭借高空间分辨率和灵活的采集方式,为海滩精细化调查创造了条件,但目前漂流木遥感研究仍主要集中于河流、湖泊等环境,针对海滩场景的高光谱识别研究相对有限。针对这一问题,法国佩皮尼昂大学CEFREM研究团队结合地面光谱测量与无人机高光谱影像,分析漂流木与其他地表材料的光谱差异,并比较多种分类算法的识别表现,为高光谱技术应用于海滩漂流木监测提供了研究依据。图1.研究区域的地理位置、漂流木堆积物的详细测绘图,以及本研究部分内容所用裁剪图像的范围界定。此外,还包括漂流木与芦竹样方照片,以及背景中可见的自然海滩漂浮物堆积线。研究方法研究区域:本研...
2026 - 10 - 26
研究背景真菌病原可通过侵染植物组织、损害光合作用和养分吸收,降低草地生产力。放牧是影响草地生态系统的重要人为活动,既可能通过移除染病组织抑制病害,也可能因造成组织损伤、改变宿主组成和土壤养分而增加感染风险。然而,现有研究主要关注地上叶部病害,对土壤这一潜在病原库及其与叶部病害的联系认识不足。不同放牧强度如何影响土壤病原真菌,并进一步关联植物群落叶部病害,仍缺乏试验证据。为此,兰州大学与青海大学研究团队依托青藏高原高寒草甸连续开展8年的放牧试验,结合叶部病害调查、土壤真菌分析和土壤养分测定,系统评估不同放牧强度对土壤病原真菌与植物群落叶部病害的影响,进一步解析二者的关联及潜在作用机制。相关成果发表于 《Frontiers in Plant Science》。图1.两种优势物种:矮嵩草和旱生苔草的叶斑症状及菌落形态。(a, d)田间症状;(b, e)在PDA培养基上23°C培养7天后...
2026 - 09 - 24
研究背景在干旱荒漠绿洲地区,农业生产与生态系统稳定高度依赖有限的水资源。农田防护林在防风固沙、改善田间微气候的同时,也会与林缘作物竞争水分,改变邻近农田的土壤水分分布。现有研究多以土壤含水量评价这种影响,对林木与作物取水来源及其重叠程度的认识仍不充分,也难以解释水分竞争下的土壤微生物功能变化。不同林带结构如何改变作物取水来源,并影响微生物的渗透调节与碳代谢,仍有待明确。为此,北京林业大学肖辉杰老师团队以新疆杨—玉米复合系统为对象,结合氢氧稳定同位素示踪与宏基因组测序,比较不同林龄和行数配置下的水分竞争格局,分析其与土壤微生物功能变化的关系,为干旱区农田防护林配置及水分管理提供科学依据。相关研究发表于《Applied Soil Ecology》。图1.a) 利用无人机(UAV)拍摄的试验样地航拍图,展示了每种样地类型(A–F)的四个重复之一。b) 展示各样地内采样点与样线布局的示意图。c) ...
【关闭窗口】【打印】
Copyright ©2018-2023 北京理加联合科技有限公司
犀牛云提供企业云服务

北京理加联合科技有限公司

地址:北京市海淀区安宁庄东路18号光华创业园5号楼(生产研发)
          光华创业园科研楼四层
电话:13910499761 13910124070  010-51292601
传真:010-82899770-8014
邮箱:info@li-ca.com
邮编:100085

 



 


 


  • 您的姓名:
  • *
  • 公司名称:
  • *
  • 地址:
  • *
  • 电话:
  • *
  • 传真:
  • *
  • 电子邮箱:
  • *
  • 邮政编码:
  • *
  • 留言主题:
  • *
  • 详细说明:
  • *
在线留言
关注我们
  • 官方微信
  • 官方手机端
友情链接:
X
1

QQ设置

3

SKYPE 设置

4

阿里旺旺设置

等待加载动态数据...

等待加载动态数据...

5

电话号码管理

  • 010-51292601
6

二维码管理

等待加载动态数据...

等待加载动态数据...

展开