Улучшение фенотипирования в полевых условиях: новая техника коррекции бликов с использованием поляризованного света
Точное измерение цвета листьев в полевых условиях затруднено из-за солнечных бликов. Существующие методы коррекции часто сложны и непрактичны.
В марте 2024 года в журнале Plant Phenomics опубликовано исследование "Mitigating Illumination-, Leaf-, and View-Angle Dependencies in Hyperspectral Imaging Using Polarimetry". В нём представлена новая методика коррекции цвета, устраняющая блики на основе поляризованных BRDF-моделей и поляризационно-чувствительных измерений по одному кадру.
Основные этапы исследования:
- Измерения pBRDF: На двух растениях кукурузы B73 с использованием моделей SCATMECH на длине волны 550 нм. Это позволило создать обобщённую библиотеку mmBRDF-моделей для листьев кукурузы.
- Симуляция модели коррекции: Модель обрабатывала нескорректированные отражательные способности и параметры Стокса. Результаты показали, что увеличение поляризации снижает воспринимаемое значение параметра γ, что указывает на возможность коррекции в областях с высокой DoLP.
- Валидация модели: Проведены спектральные измерения "эталонной истины" в поле и сравнение скорректированных и нескорректированных областей интереса (ROI) из зон с низкой и высокой DoLP. Это подтвердило единообразие поведения растений и корректность предположений модели.
- Анализ полевых данных: Изображения, сделанные в разное время суток, имели разную степень поляризации. Модель коррекции значительно уменьшила среднеквадратичную ошибку (MSE) и стандартное отклонение рассчитанных индексов GNDVI и RERR.
Результаты:
Визуальная и статистическая валидация на спектрополяриметрических данных полевых испытаний показала значительное повышение точности фенотипических изображений в меняющихся условиях. Ошибка и дисперсия данных были существенно снижены, что подтвердило гипотезу спектральной инвариантности.
Выводы и перспективы:
Поляриметрия может значительно расширить возможности мульти- и гиперспектральных систем для высокопроизводительного фенотипирования в полевых условиях. Дальнейшая работа будет сосредоточена на адаптации модели для других сортов кукурузы, оценке влияния различных погодных условий и расширении библиотек mmBRDF и моделей коррекции для более широкого применения в сельском хозяйстве.