背景
傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)耕作方式存在成本高、效益低且環(huán)境污染等諸多問題，由粗放式傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向信息化精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)化是農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，能夠快速獲取作物信息并進(jìn)行分析，是其發(fā)展的必要條件。紅外熱成像技術(shù)具有快速響應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)，并可通過手持或機(jī)器搭載的方式，做到無接觸、無損地獲取作物熱像信息。另外，在所有監(jiān)測作物指標(biāo)中，作物的表面溫度被認(rèn)為是響應(yīng)最快的指標(biāo)，能夠在作物出現(xiàn)肉眼可視癥狀前察覺到作物的脅迫。因此，紅外熱成像技術(shù)被認(rèn)為是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)發(fā)展中最有前景的技術(shù)手段之一。
干旱、凍害以及侵染性病害會(huì)對(duì)農(nóng)作物的生理造成影響，其中部分生理影響使作物表面溫度產(chǎn)生的變化相較于正常作物的溫度十分顯著，因此紅外熱成像技術(shù)可用于監(jiān)測作物生長或作物儲(chǔ)存的部分生理狀況，并且有助于實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)監(jiān)測方面的智能化、信息化管理作業(yè)。
- 農(nóng)業(yè)中的熱紅外成像技術(shù)
熱紅外成像技術(shù)具有無損、反應(yīng)快速、遠(yuǎn)距離監(jiān)測以及綠色分析等特點(diǎn)，目前已在農(nóng)業(yè)監(jiān)測的領(lǐng)域中得到廣泛使用，可以監(jiān)測作物的生理信息與生態(tài)脅迫。應(yīng)用熱紅外成像技術(shù)的主要目的使獲取對(duì)象的溫度并進(jìn)行進(jìn)一步的分析，其分析難點(diǎn)在于圖像的分割方法、特征提取和計(jì)算指標(biāo)或建模等。
- 熱成像技術(shù)在農(nóng)業(yè)中應(yīng)用場景
- 農(nóng)作物生長監(jiān)測
農(nóng)作物在生長過程中受環(huán)境和氣候的影響較大，并在農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量上間接反映出來。因此，及時(shí)獲取農(nóng)作物相關(guān)信息對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的調(diào)控起到積極的信息參考作用。運(yùn)用高分辨率的紅外熱像儀，可以快速、準(zhǔn)確地測定農(nóng)作物表面溫差變化，并同步監(jiān)測環(huán)境因子（土壤水分含量和氣候條件），實(shí)時(shí)監(jiān)測農(nóng)作物的生長狀況，以探索環(huán)境因子對(duì)農(nóng)作物生理指標(biāo)的影響，從而預(yù)測植物的生長趨勢，并及時(shí)反映作物是否受干旱、高溫等環(huán)境的脅迫和生理脅迫。例如，作物冠層溫度與土壤水分密切相關(guān)，冠層溫度的變化直接反映了作物對(duì)土壤分布的需求，因此可以用熱成像技術(shù)對(duì)農(nóng)作物的生長情況進(jìn)行監(jiān)控。熱成像技術(shù)還能有效識(shí)別作物在輕微、中等和嚴(yán)重等3種級(jí)別的水分脅迫時(shí)的生長情況，為細(xì)化農(nóng)田的排水節(jié)水提供參考。此外，在果蔬成熟期，通過熱成像技術(shù)對(duì)其進(jìn)行熱溫的測定可以評(píng)估氣候?qū)叩拿{迫情況。
- 苗圃溫室大棚監(jiān)控
在苗圃溫室大棚內(nèi)，由于種子和幼苗對(duì)微氣候的變化非常敏感，實(shí)時(shí)記錄溫室氣候參數(shù)情況及氣象條件超限報(bào)警，是規(guī)模化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)化管理必不可少的手段。利用紅外熱成像技術(shù)準(zhǔn)確監(jiān)控溫室內(nèi)待定區(qū)域的熱量異常現(xiàn)象，可以大大提高溫室作物的生產(chǎn)品質(zhì)和生產(chǎn)效率。例如，針對(duì)馬鈴薯塊莖繁殖的熱輻射特征，利用紅外熱像儀監(jiān)控馬鈴薯塊莖在萌芽、出苗和孕蕾時(shí)期的熱紅外信息，指導(dǎo)控制土壤溫度水分、溫室氣候和光照條件，可以大大提高馬鈴薯塊莖的繁殖存活率。
- 農(nóng)作物病蟲害預(yù)防
農(nóng)作物病蟲害是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的主要災(zāi)害之一，具有種類多、影響大和時(shí)常爆發(fā)成災(zāi)的特點(diǎn)，其發(fā)生范圍和嚴(yán)重程度對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)常造成重大損失，因此必須建立可靠的病蟲害監(jiān)測預(yù)防機(jī)制。紅外熱成像技術(shù)作為一種有效的預(yù)防性維護(hù)技術(shù)，可以在病蟲害擴(kuò)散前快速、準(zhǔn)確、安全地找到病蟲害源頭。例如，煙草植物在感染TMV病毒后，葉子中回產(chǎn)生水楊酸，導(dǎo)致新陳代謝終止，葉片氣孔關(guān)閉，呼吸停止，從而使葉面溫度升高，可以用紅外熱成像技術(shù)進(jìn)行預(yù)測研究。
- 應(yīng)用熱成像技術(shù)主要優(yōu)勢
- 不接觸目標(biāo)對(duì)象監(jiān)測，對(duì)其無損傷；
- 能實(shí)現(xiàn)大面積、遠(yuǎn)距離的監(jiān)測；
- 測量速度相對(duì)較快、測溫精度相對(duì)較高；
- 與可見光成像技術(shù)相比，環(huán)境適應(yīng)性相對(duì)較強(qiáng)，能全天候工作；
- 應(yīng)用的局限性
- 成像系統(tǒng)易受環(huán)境影響較大，尤其是在復(fù)雜的環(huán)境中難以實(shí)現(xiàn)精確的測量；
- 該技術(shù)是利用物體不同部分表面的紅外輻射差異成像，因此對(duì)在常溫下各部分溫度差異不明顯的目標(biāo)難以準(zhǔn)確成像；
- 該技術(shù)對(duì)溫度不穩(wěn)定的物質(zhì)的監(jiān)測能力較弱；
- 紅外熱像儀比同級(jí)別的可見光攝像頭的價(jià)格相對(duì)較高。
