红外热成像技术在农业生产中的应用

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1、万方数据2010年2月农机化研究第2期红外热成像技术在农业生产中的应用周建民，周其显，刘燕德(华东交通大学光机电技术及应用研究所，南昌330013)摘要：红外热成像技术是利用物体自身各部分红外热辐射的差异，把物体不可见的热辐射情况转换为可视热图的技术。为此，简单介绍了红外热成像技术的原理，从农业生产管理与决策、农业生产自动化、农产品检测与加工等3个方面人手，阐述了目前红外热成像技术在农业生产中的应用情况，总结了存在的问题，并对未来进一步的研究方向进行了展望。关键词：热成像技术；农业生产；红外辐射；自动化中图分类

2、号：S126；TN219文献标识码：A文章编号：1003—188X(2010)02-0001—040引言红外热成像技术是一项红外信息转换与处理技术，它研究红外辐射的发射、传输及接受的原理和规律，利用景物自身各部分辐射的差异获得图像的细节【lJ。红外热成像技术主要用于军事和工业上。近年来，随着机器视觉技术的迅速发展及热成像精度的提高，红外热成像技术的研究与应用已逐渐扩大到现代农业、生物、食品和医疗等领域，并取得了一定成果。特别是日本和欧美等一些发达国家，就红外技术在农业生产管理、农业自动化、食品加工与质量检测等方

3、面的应用进行了广泛而深入的研究，使得以红外技术为代表的光电无损检测技术在现代农业生产中发挥着越来越重要的作用，成为一种好手段和新方法。本文在简要阐述了红外热成像原理的基础上，总结了国内外红外热成像技术在农业生产中的应用情况，分析了目前存在的问题，并展望了未来可能应用研究的领域及方向。1红外热成像原理红外(热)辐射是自然界存在的一种最为广泛的电磁波辐射。一切高于绝对零度(一273。C)的物体，都不断地发射红外辐射，同时这种辐射都载有物体的特征信息，从而为利用红外热成像技术判别各种被测目标的温度高低和热分布场提供了

4、客观的基础。收稿日期：2009一09—21基金项目：国家科技支撑计划项目(2008BAD96804)；教育部新世纪优秀人才计划(NCET～06—0575)作者简介：周建民(1975一)，男，湖南邵阳人，副教授，博士，(E—mail)hotzjm@163．corn。通讯作者：刘燕德(1967一)。女，江西泰和人，教授，博士，博士生导师，(E—mail)jxliuyd@163．corn。人们可以利用它来对物体进行非接触温度测量和热状态分析，从而指导生产实践。红外热成像系统的核心设备是红外热像仪，其成像原理如图1所示

5、。光学系统探测器处理单兀红外热图图1红外热成像原理图Fig．1Theinfraredthermographysystem物体的红外辐射经过光学系统聚集到探测器上；探测器把入射的辐射转换成电信号；电信号数字化到热像仪的电子处理部分，再转换成可见的红外热图。运用这一方法能实现对目标物体的非接触温度测量和热状态成像，从而进行智能分析判断。2国内外应用现状2．1在农业生产管理与决策中的应用2．1．1农作物生长监测农作物在生长过程中受环境和气候的影响较大，并在农产品的质量和产量上间接反映出来。因此，及时获取农作物的相关信

6、息对农业生产的调控起到积极的信息参考作用。运用高分辨率的红外热像仪，可以快速、准确地测定农作物表面温差变化，并同步监测环境因子(土壤水分含量和气候条件)，实时监测农作物的生长状况，以探索环境因子对农作物生理指标的影响，从而预测植物的生长趋势，并及时反映作物是否受到干旱、高温等环境的胁迫和生理胁迫B。J。例如，作物冠层温度与土壤水分密切相关，冠层温度的变化直接反映了作物对土壤分布的需求，因此可以万方数据2010年2月农机化研究第2期用热成像技术对农作物的生长情况进行监控HJ。热成像技术还能有效识别作物在轻微、中等

7、和严重等3种级别的水分胁迫时的生长情况，为细化农田的排水节水提供参考瞪]。此外，在果蔬成熟期，通过热成像技术对其进行热温的测定可以评估气候对果蔬的胁迫情况。2．1．2苗圃温室大棚监控在苗圃温室大棚内，由于种子和幼苗对微气候的变化非常敏感，实时记录温室气候参数情况及气象条件超限报警，是规模化农业生产和科学化管理必不可少的手段。利用红外传感器准确监控温室内特定区域(如天棚、加热管和栽培台)的热量异常现象，并通过无线传感技术和计算机技术在监控室内实时成像，可以大大提高温室作物的生产品质和生产效率M一川。又如，针对马铃

8、薯块茎繁殖的热辐射特性，利用红外热像仪监控马铃薯块茎在萌芽、出苗和孕蕾时期的热红外信息，指导控制土壤温度水分、温室气候和光照条件，可以大大提高马铃薯块茎的繁殖存活率。·2．1．3遥感探测20世纪90年代初期，美国农学家率先提出精确农业的概念旧J。它利用卫星全球定位系统、遥测遥感技术和计算机，做到精确作业、精确施肥和精确估产归J。红外遥感是快速、大面积测试作物各种状态的现代化手段，其优势