基于光谱分形维数的水稻白叶枯病害监测指数研究

针对缺乏有效监测水稻叶片感染白叶枯病害光谱指数的问题，以分蘖期的水稻叶片为研究对象，采集了接种白叶枯病菌的水稻叶片和对照处理的水稻叶片各200片，利用高光谱成像装置获取373~1033nm波段的水稻叶片光谱数据，选取450~900nm波段的水稻叶片高光谱数据作为样本。从每个样本中选取一个感兴趣区域（Region of interest, ROI）并计算平均光谱，经过Savtzky-Golay平滑处理得到平均光谱曲线；为了定量描述水稻叶片是否感染病害，提出将光谱分形维数(Fractal dimension, FD)作为定量描述水稻白叶枯病害的监测光谱指数，实现对白叶枯病害的监测。通过分析光谱指数(Spectral index, SI)和FD，建立SI和FD之间的多元线性关系，同时比较了FD与其他常用监测指数对白叶枯病害监测的有效性。结果表明：水稻白叶枯病害在绿峰（510~560nm）和红谷（650~690nm）波谱内的响应较为敏感；针对健康和感病叶片，FD与SI之间存在较好的多元线性关系，说明FD与光谱曲线有较好的对应关系，可以作为定量描述叶片健康状况的光谱指数；与常用监测指数相比，本文病害监测指数与水稻染病具有更高的相关性，其相关系数达到了0.9840，指数分布稳定性更高。本研究结果说明基于光谱反射曲线的圆规分形维数对判断水稻叶片是否感染白叶枯病害是可行的，为水稻白叶枯病害的监测提供了一种新方法。