応用事例 | FS-IQ ハイパースペクトル カメラは、イネの細菌性葉枯れ病の非破壊的早期検出を支援します

イネの細菌性葉枯れ病は、コメの収量と食糧安全保障に影響を与える主要な病気です。従来の現場検査では、無症候性の段階で病気を特定するのが難しく、病変が現れるまでに予防と制御の有効性が大幅に低下します。ハイパースペクトルイメージングは​​、画像とスペクトルを組み合わせるという特性により、病気によって引き起こされる微妙な生理学的および生化学的変化を捉えることができるため、植物の病気の早期診断のための重要な手段となっています。

イネの細菌性葉枯れ病の早期診断を目的とした研究において、科学研究チームはデータ収集を行うために CHNSpec 製の FigSpec FS-IQ-VISNIR ポータブル ハイパースペクトル カメラを選択し、インテリジェントな病気認識のための安定した信頼性の高いスペクトル データ ソースを提供しました。

I. 実験装置とデータ収集

• 機器モデル: FigSpec FS-IQ-VISNIR ハイパースペクトル カメラ。
• スペクトル範囲: 400 ～ 1000 nm、スペクトル分解能 2.5 nm。
• 採取条件：晴れた日中の10:00～14:00。キャノピーからのレンズ距離は 60 ～ 80 cm でした。露出オーバーやノイズの影響を軽減するためにリアルタイムで露出時間を調整することで、DN 値を 3000 ～ 4000 に制御しました。
• 実験対象: 健康、軽度感染(無症候性段階)、重度感染の3つのレベルのイネ葉サンプル。

FS-IQ ハイパースペクトル カメラは、高速な非接触イメージングをサポートし、制御された環境とフィールド シナリオの両方で葉のスペクトル情報を安定して取得でき、その後の特徴抽出とモデル トレーニングのためのデータ基盤を構築します。

II.データの前処理とキーバンドマイニング

元のハイパースペクトル データには、暗電流補正、ホワイト ボード補正、および Savitzky-Golay 平滑化が施されました。両端の信号対雑音比の低いバンドを削除した後、モデリング分析用に 243 個の高品質バンドが保持されました。

この研究では、深層学習手法を使用して、主に以下に集中する細菌性葉枯れ病に敏感な特徴的なバンドを全スペクトルから除外しました。

• 緑色のピーク領域 (520 ～ 550 nm): クロロフィル含有量の変化に関連します。
• レッドエッジ領域 (680 ～ 720 nm): 葉の細胞構造と応力状態を反映します。

コアバンドの約 8% のみを使用すると、ほとんどの識別情報を保持できるため、データの次元が削減され、同時にモデルの操作効率と認識の安定性が向上します。

Ⅲ．疾患認識効果と応用価値

細菌性葉枯れ病の分類と認識タスクでは、FS-IQ によって取得されたスペクトル データに基づいてモデル検証が行われました。

• 少数のコア バンドを入力として使用すると、分類精度は 96% 以上に達し、スペクトル全体を直接入力した場合よりも優れていました。
• アンバランスなサンプルを含むシナリオでは、生成手法を通じて少数サンプルを拡張した後、モデルの全体的なパフォーマンスが 6% ～ 13% 向上しました。
• バンド選択の結果は植物の生理学的変化の法則と一致しており、良好な機構的解釈可能性を備えていました。

この研究では、FS-IQ ハイパースペクトル カメラは次の適応上の利点を実証しました。

• 豊富な帯域と安定した信号対雑音比: 重要な可視光から近赤外線の範囲をカバーし、疾患の初期段階で弱いスペクトルの違いを捕捉できます。
• ポータブルで使いやすい: 研究室および現場での野外収集に適しており、作物の表現型分析シナリオに適応します。
• 強力なデータ互換性: 出力スペクトルは深層学習および機械学習のワークフローに直接接続でき、特徴マイニングとモデルの最適化をサポートします。

IV.まとめ

イネの細菌性葉枯れ病の非破壊的早期検出を目的としたこの事例では、FS-IQ ハイパースペクトル カメラを利用して高品質のスペクトル データを取得しました。インテリジェントなアルゴリズムと組み合わせることで、高感度のバンド抽出と正確な病気の認識を実現し、作物の病気の早期警告と正確な予防と制御のための実現可能な技術的道筋を提供しました。

CHNSpec FS-IQ シリーズのハイパースペクトル カメラは、安定した撮像性能とユーザーフレンドリーな操作エクスペリエンスを備えており、スマート農業、植物の表現型、食品の安全性などの科学研究や産業シナリオに引き続き貢献し、ユーザーが複雑なスペクトル情報から効果的な特徴を抽出できるようにし、非破壊的で効率的かつインテリジェントな方向に向けた検出技術の開発を促進します。

製品推奨: FS-IQ-VISNIR ポータブル ハイパースペクトル カメラ

• スペクトル範囲: 400-1000nm
• スペクトル解像度: 2.5nm
• 画像解像度: 1920*1920
• スペクトルチャンネル数: 1200