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本文对几种用于植被监测和植物表型分析的UAV表型热成像传感器展演调查,植物表型资讯介绍如下:
近年来,随着无人机(UAV)的日益普及,以及无人机和热成像传感器成本降低和可用性的增强,这项技术得到了广泛的应用,尤其是在精准农业和植物表型方面。目前,市面上有几种低成本热成像仪系统,它们在各种应用中的功效和准确性尚未经过测试。为此,本文调查了三种商用无人机热像仪,包括ICI 8640 P系列(红外摄像机,美国)、FLIR Vue Pro R 640(FLIR系统,美国)和thermoMap(senseFly,瑞士),测试和评估了它们在森林监测、植被胁迫检测和植物表型分析方面的潜力。
无人机系统(UAV)和热像仪
测试站点位置和基于UAV的RGB图像
研究人员将这些摄像机安装在多旋翼或固定翼系统上,在美国密苏里州的圣路易斯(森林环境)、哥伦比亚(植物胁迫检测和表型)和亚利桑那州马里科帕县(高通量表型)的不同实验地点进行飞行试验。随后使用黑体、手持式热点成像仪、地面热目标、发射率和大气校正的程序校准热成像。并采用方差分析(ANOVA)、相机温度与植物生理生化性状的相关性分析、遗传性分析等一系列统计分析方法,检验相机对目标植物表型性状的敏感性和实用性,以及检测植物水分胁迫。此外,在对不同热像机的图像质量进行定量评价的基础上,研究人员还研制了一种非参考图像质量评估器,主要是基于不同尺度像素的空间关系来测量图像焦点。
收集热数据、无人机图像和植物性状数据的过程
使用支持向量机(SVM)分类去除非植被像素
研究发现:(1)基于无人机的热成像技术是精准农业的可行工具;(2)三种检测相机在植物表型分类方面具有可比性。总体而言,精准度与现场测量的地面温度和植物生理生化特性的估算能力相比,ICI 8640 P系列比其他两种摄像机表现更好,其次是FLIR Vue Pro R 640和thermoMap相机。这些结果表明,三台无人机热像仪均为精准农业和植物监测提供了有用的温度数据,其中ICI 8640 P系列最佳。在成本方面,FLIR Vue Pro R 640比其他两款相机更实惠,为各种应用提供了更低廉的选择。
美国圣路易斯森林公园的概述,右侧黑框代表目标区域,左侧是放大效果
来源:
Sagan, V.; Maimaitijiang, M.; Sidike, P.; Eblimit, K.; Peterson, K.T.; Hartling, S.; Esposito, F.; Khanal, K.; Newcomb, M.; Pauli, D.; Ward, R.; Fritschi, F.; Shakoor, N.; Mockler, T. UAV-Based High Resolution Thermal Imaging for Vegetation Monitoring, and Plant Phenotyping Using ICI 8640 P, FLIR Vue Pro R 640, and thermoMap Cameras. Remote Sens. 2019, 11, 330.
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