辣椒早疫病是影響辣椒安全生長的常見生物災害，具有突發性和易感性等特點，容易引發大的經濟損失。在辣椒生長過程中，針對病害潛育期侵染情況進行科學監測預警是保證作物健康生長的重要前提。傳統的病害檢測方法是依靠肉眼對明顯病癥的觀察，但受作物種植面積'產量等因素影響，加上早疫病流行迅速導致很難控制病害的發展。因此，對辣椒早疫病潛育期進行檢測識別能夠及時指導病害防治，在作物感染發病之前控制病情預防病害傳播，對作物生長具有重大指導意義。

01實驗內容

以辣椒葉片為研究對象，通過高光譜成像儀連續動態監測離體辣椒葉片早疫病的侵染情況并獲取對應的高光譜圖像，選取整個葉片表面為感興趣區域，并提取感興趣區的平均光譜，獲取不同采集時間的健康與接種樣本平均光譜曲線。

圖1基于光譜特性的作物病害潛育期高光譜圖像判別流程圖

02結果

遵循作物病害侵染的一般過程，為了使得監測圖像覆蓋整個病害潛育期，高光譜圖像實行連續動態采集。為了綜合考慮整個葉片在接種前后的光譜變化，將整個葉片在400~1000nm光譜范圍內的光譜反射率按256個波段分別取平均后，得到整個葉片的平均光譜曲線，有效減少葉片表面的偶然誤差。

圖2感興趣區域選擇流程圖

圖3健康與接種樣本的平均光譜隨時間的演變趨勢

（a）健康組（b）感染組

從圖3(a)可以看出，隨著時間推移，健康組辣椒葉片平，均光譜曲線在760~1000nm范圍內存在明顯分離，葉片的平均光譜反射率整體逐漸下降，主要由于葉片在離體培養后導致細胞代謝緩慢，出現失水現象。健康組葉片在其他波段范圍內的整體光譜曲線較為密集重合，說明在動態監測期間內，健康組葉片生理狀態較為穩定。

圖3(b)接種組葉片在：500~670、680-760及760-1000nm波長范圍內的平均光譜曲線存在明顯差異，表明隨著接種時間的推移接種組葉片的生理活性一直波動，在一定程度上也說明了接種的有效性。其中，接種葉片光譜曲線隨著采集時間在500~670nm范圍內逐步分離，且平均光譜反射率逐漸增大，主要是因為病原菌侵染導致葉片細胞中葉綠素'葉黃素等色素含量下降，對光的吸收減弱，光譜反射率增加680~760nm屬于可見光與近紅外區域的交接處，為綠色植物的,紅邊位置，是描述植物色素狀態和健康狀況的重要指示波段。在該波段范圍內，植物的光譜反射率增長最快。

通常情況下，植物生長狀態越好，紅邊位置會出現,紅移；反之，則會藍移，此時可看出接種組樣本隨著接種時間的推移，紅邊逐漸發生左移即藍移。由圖3可見，與健康作物的平均光譜曲線相比，感染植物的平均光譜曲線會發生不同程度的變化，這為利用光譜特性進行作物病害潛育期最早可識別時間判別提供了可能性。當然，僅從樣本在采集時段的平均光譜曲線整體變化趨勢上無法直接得出病害潛育期最早可識別時間，需要合適的測度方法對光譜曲線之間的差異性進行深度挖掘。

表1 樣本 RGB 圖像和主成分分布可視化圖像隨采集時間的變化

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審核編輯 黃宇