第３第３期　　　　　　　　　　　　光谱学与光谱分析１卷，　

年２０１１３月　　　　　　　　　　　　ＳｅｃｔｒｏｓｃｏａｎｄＳｅｃｔｒａｌＡｎａｌｓｉｓ　　　　　　ｐｐｙｐｙ　７７１Ｖｏｌ．３１，Ｎｏ．３，７７５－ｐｐ

，Ｍａｒｃｈ２０１１　

应用近地成像高光谱估算玉米叶绿素含量

张东彦１，２，刘镕源２，３，宋晓宇２，徐新刚２，黄文江２，朱大洲２，王纪华１，２＊

１．浙江大学农业遥感与信息技术应用研究所，浙江杭州　３１００２９２．国家农业信息化工程技术研究中心，北京　１０００９７３．北京师范大学地理学与遥感科学学院，北京　１００８７５

摘　要　图谱合一的近地成像高光谱是现代数字农业对田块尺度的作物长势信息进行动态监测和实时管理的需要，是促进农业定量遥感发展的重要手段之一。文章通过自主研制的田间扫描成像光谱仪近地获得盆，Ｏ栽和大田玉米的冠层高光谱影像，从影像中精确提取玉米不同层位的叶片反射光谱并计算ＴＣＡＲＩＳＡ－

，，ＮＶＩＣＡＲＩＤＶＩ等多种光谱植被指数，构建玉米叶绿素含量的光谱预测模型，并对模型进行了验证。结果／表明，基于光谱指数ＭＣＡＲＩＯＳＡＶＩ构建的玉米植株叶绿素含量预测模型精度较高，验证样本预测的决定

２

系数Ｒ＝０．８８７，预测均方根误差ＲＭＳＥ为１．８。研究表明，成像光谱仪在微观尺度上的作物组分光谱信息探测方面具有较大的应用潜力。

关键词　成像高光谱；植被指数；玉米；叶绿素含量

：／（）中图分类号：Ｓ１２７　　文献标识码：Ａ　　ＤＯＩ１０．３９６４０５９３２０１１０３０７７１０５．ｉｓｓｎ．１０００－－－ｊ

仪ＡＳＤ只能获取点状的地物光谱数据，不能形成图谱合一

引　言

　　用作物的光谱信息反演作物的生物物理和化学组分具有

及时、快速和非损伤性，适用于现代数字农业对田块尺度农

１］

。近２作物进行动态监测和精细管理［０年来，国内外专家已

９］

。的信息，无法实现作物生长信息图像显示、诊断和决策［

因此，成像高光谱的近地应用成为遥感器发展的趋势之一。目前，发展田间成像光谱探测器用于作物信息获取逐渐得到国内外学者普遍认可，围绕作物组分信息定量解析的相关问题成为研究的热点。基于此，本研究利用高光谱、高空间分辨率的田间成像光谱仪获取玉米植株影像，然后从影像中精确提取不同层位叶片的光谱反射率，对自然生长环境下玉米的叶绿素含量进行反演，将结果在大田进行验证，以期采用这种方法获得较高精度的预测模型，为农业定量遥感提供新的研究手段。

在多种作物上进行作物种类、覆盖度、养分和水分的敏感波段探测研究，构建多个用于区分作物种类、估测覆盖度和作物养分、水分含量的光谱参量及数据库

［］２５－

。基于作物覆盖

度、养分和水分光谱探测原理，国内外已经研制了相关的光谱探测仪器，如日本Ｍｉｎｏｌｔａ公司生产的ＳＰＡＤ５０２叶绿素－

计；美国Ｏｋｌａｈｏｍａ公司研制的手持式冠层长势仪Ｇｒｅｅｎｓ－，美国欧普特公司研制生产的地物光谱仪ＡｅｅｋｅｒＳＤＦｉｅｌｄ　－ｓｅｃＦＲ２５００，英国Ｙａｒａ公司生产的作物冠层氮素诊断仪　ｐ

，中国国家农业信息化工程技术研究中心研制的可Ｎ－Ｓｅｎｓｏｒ

见－近红外作物氮素光电测量仪等。这些设备在农业田间的应用，极大地促进了精细农业的发展，满足了人们利用信息技术对农田进行动态管理与灾时指导的迫切需求。但是这些，Ｎ－设备具有明显的局限性，其中ＳＰＡＤ，ＧｒｅｅｎｓｅｅｋｅｒＳｅｎ－，氮素光电测量仪的光谱不连续，只能获取一个或几个波ｓｏｒ

］６８－，而地物光谱段的生物信息，外延性不强且精确度不高［

１　材料与方法

１．１　试验设计

本试验于２００９年８～１０月在北京市农林科学院实验农场（进行。实验对象为玉米，采用盆栽和３９．９３°Ｎ，１１６．２７°Ｅ）

大田两种种植方式，常规水肥管理。供试品种为郑单９５８，披叶型。２００９年８月２１日播种，在玉米的拔节期利用成像光谱仪进行成像高光谱采集。１．２　高光谱成像采集系统

，修订日期：２０１００５１０２０１００８２０　收稿日期：－－－－

）项目（资助８６３计划）２００６ＡＡ１２０１０８，２００６ＡＡ１０Ａ３０８，２００７ＡＡ１０Ｚ２０２　基金项目：国家高新技术研究发展计划（

：１９８２年生，浙江大学农业遥感与信息技术应用所博士研究生　　ｅａｉｌｈｅｌｌｏｌｉｏｎｏｔｍａｉｌ．ｃｏｍ　作者简介：张东彦，－ｍ－＠ｈ

：ａｉｌｗａｎｈ＠ｎｅｒｃｉｔａ．ｏｒ．ｃｎ＊通讯联系人　　ｅ－ｍｇｊｇ