紅外熱成像技術在作物脅迫檢測方面的應用

李　真，史智興，王　成，宋　鵬，陳子龍，羅　斌，張云麗

(1.河北農業大學 信息科學與技術學院,河北 保定　071000；2.北京農業信息技術研究中心，北京　100097)

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紅外熱成像技術在作物脅迫檢測方面的應用

李真1，2，史智興1，王成2，宋鵬2，陳子龍2，羅斌2，張云麗1

(1.河北農業大學 信息科學與技術學院,河北 保定071000；2.北京農業信息技術研究中心，北京100097)

摘要：紅外熱成像技術是通過接收事物自身的分子及原子無規則運動產生的熱輻射后，對事物進行成像的一種機器視覺技術。目前，國內外均在紅外熱成像方面做了較深入的理論方法研究。為此，簡要地概括了紅外熱成像技術的原理，介紹了該技術在農業上的應用，并從作物病害脅迫檢測、水分脅迫分析、凍害脅迫分析3個方面，具體說明了紅外熱成像技術在作物脅迫檢測方面的研究現狀。最后，通過總結熱紅外技術的特點及優勢，對未來該技術在作物檢測方面的研究方向進行了展望。

關鍵詞：熱成像技術；病害檢測；脅迫分析；圖像處理

0引言

紅外熱成像技術是一項新型機器視覺技術。該技術研究紅外輻射的發射傳輸及接收的原理和規律，通過轉換和處理接收到的紅外信息，運用景物自身各部分輻射的差異獲得圖像的細節[1]。熱成像技術通過對事物進行成像，能夠從另一個角度觀察到事物的自身的變化。該技術之前多用于軍事及工業上。隨著熱成像技術的發展及精度的提高，目前熱成像技術開始應用于農業生產領域。利用熱成像技術對作物的長勢進行熱成像后，結合相關分析方法，有利于實時監測作物生長發育的變化情況，并可通過變化情況來實現對作物生產的指導。近年來熱成像技術在農業研究方面，開始有了一定的應用，其應用原理如圖1所示。

圖1　紅外熱成像原理圖

物體發射的紅外輻射通過光學元件匯聚到探測器上，然后將入射的輻射轉化成電信號，隨之通過信號放大和模數轉換，并通過處理系統后，即形成了紅外熱圖像。通過該方法可實現對物體的無損非接觸檢測，通過智能檢測進行分析和判斷。

目前，紅外熱成像技術宏觀上主要應用于農作物生長監測、溫室大棚的監控、作物病蟲害的預防、遙感探測、作物的采摘、農產品儲藏控制和農產品品質的無損監測等方面。微觀上則利用熱成像技術研究作物的氣孔導度與葉片溫度之間的關系、氣孔開度與外界氣體含量之間的關系，以及作物受病害侵染后，細胞改變情況與葉片溫度變化的關系及作物葉片的水分分布情況等。加速對作物病害脅迫監測的進展，使得對抗作物病害脅迫的方法具有科學依據，對國民經濟的發展具有重大意義。

1國內外研究進展

紅外熱成像技術在作物檢測方面的研究主要包括病害脅迫[2-4]、水分脅迫[5-7]及凍害脅迫檢測[8]。

1.1在作物病害脅迫方面的應用

作物病害不僅嚴重影響農作物的產量，而且還對食品安全造成極大的影響。但是，病害在發病初期往往不易被人覺察。而當病害一旦發生，防治困難，且實施效果較差，將導致作物產量大幅減少，甚至絕產[9-10]。當作物受病害脅迫時，會在傷口處形成傷素，同時傷處會產生大量化學信使如ABA等，經一系列誘導作用，使作物產生多種防御反應，形成許多防御反應產物,以抑制或殺傷病原[11]。與其同時改變的是作物的蒸騰作用。作物經氣孔開閉來改變蒸騰作用，對病害脅迫進行防御。當蒸騰作用改變時，作物葉片組織的溫度隨之發生變化。此時，通過熱成像技術觀察作物的溫度變化趨勢，可以實現對作物病害的預警。

徐小龍[12]發現在可控條件下，于紅外熱像儀采集到的感染病毒的黃瓜葉片和番茄葉片的熱圖像。經計算得出，黃瓜接種葉片和對照葉片約有1℃的溫度差異。而對于番茄葉片，徐小龍將浙雜品種選為實驗材料，其接種葉片比對照葉片的溫度低0.5～1.2℃。目前，紅外熱成像技術可以通過葉片細胞的溫度變化。這更容易地觀察到大葉作物的葉溫變化，表明葉片溫度的差異可以作為辨別作物感病的一個可靠指標。

朱圣盼[13]以番茄為實驗材料，利用可見光采集系統、紅外熱圖像采集系統和多光譜圖像采集系統初步監測其葉片的早期感病狀態。在監測植物的葉子時使用了紅外熱像儀，并采用電子顯微鏡，葉綠素含量檢測等實驗方法研究葉片內部的變化。在植物早期病害監測時的熱圖像中，可以很清楚地從圖像中看到病變部位與健康部位的溫度差異，為以后熱成像技術在作物預警方向的研究，奠定了理論基礎。

E-COerke等[14]對感染霜霉病的黃瓜進行紅外熱圖像采集，并分析其葉片溫度的變化。在可控條件下，可以于熱像圖中明顯區分出黃瓜葉片的染病區域和健康區域，甚至在病斑肉眼可見前也可觀測到葉片中染病區域和健康區域的差別。但由于環境溫濕度較大，受其影響，只通過最大溫差(MTD)并不能量化黃瓜霜霉病感病程度。

CarlosBerdugo等[15]在甜菜最佳播種時間，即播種后第4周接種立枯絲核菌AG2-2IIIBand AG4后，采用紅外熱成像技術測量接種后的甜菜葉片溫度差異。此時，甜菜各品種間的發病率表現出顯著差異。該技術是可以用于鑒定作物抗性的一種新工具。

E.-C.Oerke 等[16]利用數字紅外熱成像技術，檢測和定量分析在不同時期接種蘋果黑星病病菌后的蘋果葉片，其病情的嚴重程度及對蘋果葉片蒸騰作用的影響。發現隨著病情發展，葉片最大溫差MTD與感染部位面積大小(r2linear = 0.85)及病斑面積占葉面積的百分比密切相關。MTD不僅可用于區分感病葉片和健康葉片，如在精準農業的篩選和檢測方面，也可用于感病的定量分析。

Lindenthal Miriam等[17]進行了結合數字熱紅外技術、顯微鏡和氣體測量等設備觀察已接種霜霉病的黃瓜葉片的研究，并記錄病菌在黃瓜葉片組織中的發展狀況和氣孔開閉情況。因蒸騰速率和葉片溫度呈負相關(r= -0.762,P< 0.001,n= 18)，在病癥肉眼可見前，由于氣孔異常開放，感病葉片比健康葉片溫度低0.8℃。最終，葉片因細胞過量失水以致組織壞死，無法正常冷卻，導致感病葉片溫度高于健康葉片。通過紅外熱成像技術，可以測定健康葉片和感病葉片間的MTD值，并在肉眼可見前可以將其區分出來，應用于作物預警研究。

Manfred Stoll等[18]在可控條件下，對處于灌溉充足、水分脅迫兩種狀態下的接種霜霉病的盆栽葡萄葉片拍攝了紅外熱圖像，并研究其溫度變化。由于病菌侵染，處于灌溉充足和水分脅迫的葡萄葉片之間的熱成像具有鮮明對比。此外，該技術也可用來評估植物灌溉的均勻度，從而減少農藥的使用量，優化施藥效率。

Min Wang等[19]將黃瓜葉片接種尖孢鐮刀菌后，利用熱紅外攝像機監視其應激反應。通過研究發現，在感病初期,葉片的蒸騰速率下降并導致葉片溫度上升，隨著細胞的失水死亡,葉片溫度略有下降。在葉片感病的后期，葉片細胞水平衡被破壞，組織死亡和脫水，最終導致細胞溫度上升。此時，細胞失控的水分流失不是因為氣孔開放，而是因為葉片細胞的損傷。同時，紅外熱成像技術可用于黃瓜枯萎病的無損監測，并能得到良好結果。

LChaerle等[20]以接種過煙草花葉病毒( TMV) 的煙草為研究材料，結合紅外熱成像技術，監測肝病的煙草葉片的溫度變化。在感染病毒后,作物片細胞會產生水楊酸。在病斑肉眼可見前，被感染的葉面溫度會有所上升。

Stoll Manfred等[21]在溫室環境下，采用熱成像技術結合氣孔導度測量，對接種霜霉病的葡萄葉片在水分充足和水分脅迫兩種情況下進行監測。在接種4天之內，熱響應特征能明顯看出；并且，至少3天時間，病癥就可顯現出來。由于葉片溫度對氣孔導度高度靈敏，可以應用熱成像技術監測作物初期階段受迫時的溫度變化，在作物受病害脅迫時進行預警。

當受病害脅迫時，作物會產生防衛反應；與此同時，葉片產生應激反應并會導致蒸騰作用異常，造成葉片溫度升高或降低，病變部位發射的紅外射線因此而改變。熱成像儀通過接收改變的熱輻射并進行成像，可以實現對作物的早期病害診斷和預警。能夠看出，熱成像技術在作物脅迫預警方面具有很大潛力，也使得紅外成像技術應用于植物病害的早期診斷成為可能。未來對作物病害研究中，熱成像技術將是一種對作物進行早期病害診斷和預警的有效手段。

1.2在作物水分脅迫方面的應用

植物的長勢對水分極為敏銳，微小的水分脅迫即能抑制作物的生長發育，影響其生長速度。而冠層溫度直接反映了作物對土壤中水分的要求。紅外熱成像技術，可以用另一個角度，在肉眼可見前，觀察到植物的水分脅迫情況，為精準農業在作物灌溉方面提供可靠指標，指導種植者及時、快速地做好灌溉措施。

劉亞[22]使自交系玉米苗期遭受干旱脅迫，利用遠紅外成像技術研究其葉溫的變化與生物量耐旱系數間的關系。通過實驗可得出結論：將紅外圖像中苗期玉米葉面的溫差作為抗旱性篩選的一個有用指標，充分說明利用遠紅外熱成像技術使得育種專家以此為依據篩選玉米耐旱成為可能。

王道杰[23]將油菜作為實驗材料，使用遠紅外成像技術檢測其處于水分脅迫下的葉片溫度的變化情況。結果表明：若該油菜品種在苗期抗旱性強，則其葉面溫度比苗期抗旱性弱的油菜品種高；而在水分脅迫下，抗旱性強的品種比抗旱性弱的品種存活率高。

程麒等[24]使用Fluke紅外熱像儀獲取棉花的冠層紅外熱圖像，并同時測量了棉花葉片氣孔導度Gs、凈光合速率Pn和葉面積指數LAI。通過計算水分脅迫指數，有效地監測棉花冠層水分狀況。

Sigfredo Fuentes等[25]采用半自動化及自動化的方法，利用紅外熱像儀監測了葡萄藤在水分脅迫下各指數的變化。結果表明：在同一個葡萄藤中獲得的冠層溫度指數等獨立于葉面積指數(LAI)。為在田里利用紅外熱成像儀自動化采集和分析葡萄藤和其他作物邁出了第一步。

M Meron等[26]以紅外熱成像技術為基礎，根據棉花、西紅柿和花生等作物水分脅迫進行特定地點的灌溉。該方法可以經特定校準后擴展到其他作物。根據測試和開發的方法，高空熱成像可以提供需要灌溉管理的特定地點的地圖。由上述可知，利用紅外成像技術進行作物前期抗旱性鑒定是可行的。

黃春燕等[27]采用紅外熱像儀和非成像高光譜儀對棉花的5個生育時期的冠層進行數據采集，分別計算水分脅迫指數CWSI，并建立了相關模型方程。紅外熱成像技術作為無損檢測冠層信息的一種手段，可以消除背景干擾，有助于更準確地計算棉花冠層的CWSI。

趙田欣等[28]以美洲黑楊和大青楊雜種為實驗材料，選用溫度分辨率小于0.05℃的FLUKE Ti55紅外熱像儀，結合LI-6400型便攜式光合儀，設計了氣孔導度紅外熱像的測量實驗，并根據實驗數據建立了氣孔導度Gs和溫度T之間的關系，得到了良好的結果，與實際測得的數據有線性關系。

王冰等[29]為了更好地選育花生的抗旱品種，提出采用熱敏度≤0.05℃的美國Fluke公司的Ti32遠紅外熱成像儀，進行水份脅迫下的花生幼苗葉片的檢測，并計算其溫度變化。結果表明：葉面溫差可以作為篩選花生品種苗期抗旱型的一個有用指標。

Wiriya-Alongkorn Winai等[30]研究發現：在對龍眼樹進行水分脅迫實驗時，通過使用熱成像技術，并測量與水分脅迫指數(CWSI)等相關的各種參數，提出了用閾值為0.7的CWSI來區分干旱脅迫的龍眼樹和對照組，并得到了良好的結果。

當作物受到干旱脅迫時，葉片隨之產生應激反應，具體表現為氣孔關閉、蒸騰作用改變及減少水分蒸發。通過紅外熱成像技術，結合相關分析方法，可以實現對農業生產生活的指導。迄今為止，熱像圖在作物灌溉方面有著很廣泛的應用前景，而該技術在實踐應用中的進一步的突破，將成為今后無損檢測技術在作物灌溉方面的應用研究趨勢。

1.3在作物凍害脅迫方面的應用

當遭遇氣候驟變，氣溫降低時，容易引發作物凍害，這是一種非侵染性傷害。作物處于低溫時，容易導致其組織內出現冰晶而受凍害。因此，對于作物凍害發生的檢測是非常有必要的。及時做好保溫防護措施，可以有效防止作物凍害的產生，謹防作物枯萎甚至死亡，以此提高作物產量。而紅外熱成像技術可以在肉眼不可見的情況下，根據作物內部發射紅外線的不同，觀察到作物內部冰核的侵害，為農業生產方面及時做好相關措施，提供技術支持。

Wisniewski M等[31]提出使用紅外熱圖像的方法直接觀察植物的冰核及其形成，用裝有HgCdTe(8～12μm)探測器的圖像輻射計檢測植物受寒脅迫時的熱反應，隨后將其紅外圖像使用相關紅外軟件進行分析處理。圖像輻射計可清晰地監測0.5[mu]L的小水滴結冰情況，使用紅外成像儀進行觀測，可明顯看到不同溫度下的植物組織中的冰核及其形成。另外，利用熱成像技術很容易測出冰核的形成速率。紅外熱成像技術是一種非接觸、無損的研究冰核及其形成的極佳技術。

Pearce Roger S等[32]利用紅外熱成像技術對受凍大麥進行了研究。研究發現：凍害的縱向蔓延速度為1～4cm/s，橫向蔓延速度為0.3cm/s；結冰現象慢慢從葉子邊緣向中脈蔓延，初次結冰的傳播并不是破壞性的；然而初次結冰的傳播是第2次結冰的先決條件，此次結冰會導致破壞性。

Fuller M P等[33]將紅外熱成像技術應用在檢測馬鈴薯和花椰菜的冰核和冰凍的形成過程中，通過視頻顏色改變能很容易顯示出植物葉面的溫度曲線。而通過檢測馬鈴薯植株葉片，說明了水分能夠激勵亞熱冰核的形成，同時若缺少表面水分將會呈現過冷現象(零下8℃)。

大量研究表明：作物葉片的生物冰核產生的絕大多數原因是冰核細菌[34]的作用，而除去生物冰核有助于防止作物凍害。在作物冷凍損傷發生前，不僅需要除去已經產生的冰核，而且要防止冰核細菌產生新的冰核，從而起到防凍作用。而我國對于冰核的研究方面遠遠落后于發達國家，在生物冰核的研究應用領域亟待進一步發展。由于冰核研究的滯后性影響，限制了本國生物冰核資源的開發和利用。熱成像能及時發現冰核，對各學者的生物冰核理論方面的研究有很大的指導作用，對生物冰核應用方面的研究有極大地推動作用。另外，對生物冰核的研究能很好地指導生產者及早做好防凍措施，對作物的生長及生產有極大的積極意義。

2應用展望

近年來，熱像儀和光譜儀均是工業及農業上進行作物檢測的熱點[35-38]。

然而，利用光譜檢測作物的生長情況受光照的影響非常大。在天氣條件惡劣的情況下，光照不強，此時照在作物上的光線能量會受到很大影響。而光譜儀靠反射可見光的光線來成像，當照在作物上的光線減弱時，相對的作物冠層反射光線也會減弱，此時光譜視覺技術將會受到很大的影響，給機器視覺技術在生產生活上的應用帶來諸多不便。

紅外熱成像與光譜成像不同，是通過接收物體發射的紅外輻射實現對物體的檢測。紅外熱像儀的熱靈敏度一般小于0.1℃，能檢測并成像出物體各部位的微小溫差。該技術對光線要求低，不需要很強的光照即可對作物進行檢測，并且有價格低、檢測無損、攜帶便捷等優點。同時，紅外熱像儀能反映出視場內任意一點的溫度信息，通過使用相應的熱像分析軟件，能夠得到溫度分布直方圖和其他的信息來幫助分析和了解被檢測的物體，可以幫助人們發現肉眼難以觀察到的事物，從其他角度來了解眾所周知的事物[39]。應用紅外熱成像技術對作物進行檢測，可以加深對作物應對各種脅迫的原理的認識。這使得人們能夠更好地理解作物在應對各種脅迫時的反應機制，對作物實施無損檢測的新技術有很大的研究意義和廣闊的應用前景。

近年來，國外發達國家對將紅外熱成像技術應用于農業自動化食品加工及質量檢測方面進行了廣泛而深入的研究。然而，國內對于將紅外熱成像技術應用于作物檢測方面的系統化研究還很少見。目前，紅外熱成像技術在作物早期病害檢測的應用領域主要為黃瓜、番茄等大葉作物。該技術在小麥、水稻等窄葉糧食作物的病害早期診斷方面的研究，因儀器的精度問題，有一定的難度。為此，可以結合數字圖像處理技術，對圖像進行去噪、分割等處理后，實現小麥、水稻等作物的早期病害檢測。在農產品估產方面，使用紅外熱成像技術，通過對小麥穗數的測量，可以實現對小麥產量的估算[40]，幫助了解小麥長勢及產量。由于冬小麥是中國主要的糧食作物，傳統的統計方法和傳統的地面調查方法既費時又費力，難以實時適應冬小麥對相關決策管理的需求。熱紅外技術能夠為及時準確地為實現冬小麥的估產提供相關的理論依據和技術支持。除此之外，因為水果等采摘前需要估算其產量，提前安排采摘、運輸等環節，通過熱紅外技術還可以實現對樹上柑桔和蘋果等水果的識別，估算其產量，指揮機器實現水果的收獲工作，節省了人力、時間。目前，航空搭載熱紅外設備，即熱紅外遙感技術，測量作物冠層圖像是現在農業檢測的熱門研究方向。該技術可用于監測農作物的長勢和產量的估算，同時通過遙感技術測量作物冠層圖像，既可以監測到作物對水分的需求，也可以實現對作物病害的檢測，提供需要灌溉管理的特定地點的地圖，優化灌溉和施藥的效率，實現農業自動化。

參考文獻：

[1]王瑞鳳，楊憲江，吳偉東.發展中的紅外熱成像技術[J].紅外與激光工程, 2008, 37(6):699-702.

[2]Chaerle L, De Boever F,Van Montagu, et al. Thermographic visualization of cell death in tobacco and Arabidopsis[J].Plant, cell and environment, 2001, 24(1):15-25.

[3]Chaerle L, Vande Ven M, Valcke，et al.Visualization of early stress responses in plant leaves[J]. SPIE-INT SOCIETY OPTICAL ENGINEERING, 2002, 24:417-426.

[4]Chaerle L, De Boever F,Van Der Straeten D. Infrared detection of early biotic and wound stress in plants[J].Thermology International, 2002, 12:100-106.

[5]Kim Y, LingP P.Machine vision guided sensor positioning system for leaf temperature assessment[J].Trans of the ASAE, 2001, 44(6):1941-1947.

[6]Leinonen, Ilkka, Jones, et al.Combining thermal and visible imagery for estimating canopy temperature and identifying plant stress[J].Journal of Experimental Botany, 2004, 55(401): 1423-1431.

[7]Cohen Y, Alchanatis V, Meron M, et al.Estimation of leaf water potential by thermal imagery and spatial analysis[J].Journal of Experimental Botany,2005,56(417):1843-1852.

[8]Chaerle L, Straeten D. van der. Seeing is believing: imaging techniques to monitor plant health[J].Biochimica et biophysica acta = International journal of biochemistry and biophysics,2001,1519(3): 153-166.

[9]陳利鋒，徐敬友.農業植物病理學[M].北京：中國農業出版社，2005:6.

[10]Strange, Richard N,Scott, Peter R.Plant Disease: A threat to global food security[J].Annual Review of Phytopathology, 2005, 43:83-116.

[11]黃福貞.植物感應性反應機制[J].生物學教學，1999，24(10):1-3.

[12]徐小龍.基于紅外熱成像技術的植物病害早期檢測的研究[D].杭州：浙江大學，2006.

[13]朱圣盼.基于計算機視覺技術的植物病害檢測方法的研究[D].杭州：浙江大學，2013.

[14]E-C Oerke, Steiner U, H-W Dehne, et al.Thermal imaging of cucumber leaves affected by downy mildew and environmental conditions[J].Journal of Experimental Botany,2006,57(9): 2121-2132.

[15]Carlos Berdugo, ChristianHillnhütter, Richard Sikora, et al.A Resistance B6ioassay for Rhizoctonia Root and Crown Rot and Damping-off Caused by the Anastomosis Groups AG 2-2IIIB and AG 4 in Sugar Beet[J].Journal of Agricultural Science and Technology，2012(A2):294-302.

[16]E-C Oerke, P Fro¨hling, U Steiner. Thermographic assessment of scab disease on apple leaves[J].Precision Agric, 2011, 12(5):699-715.

[17]Lindenthal, Miriam, Steiner, et al.Effect of Downy Mildew Development on Transpiration of Cucumber Leaves Visualized by Digital Infrared Thermography[J].Phytopathology, 2005, 95(3):233-240.

[18]Manfred Stoll, Hans R Schultz, Gerhard Baecker, et al.Early pathogen detection under different water status and the assessment of spray application in vineyards through the use of thermal imagery[J].Precision Agric，2008, 9(6):407-417.

[19]Min Wang, Ning Ling, Xian Dong, et al.Thermographic visualization of leaf response in cucumber plants infected with the soil-borne pathogen Fusarium oxysporum f. sp. cucumerinum [J].Plant Physiology and Biochemistry, 2012, 61:153-161.

[20]L Chaerle, W Van Caeneghem, E Messens, et al.Presymptomatic visualization of plant-virus interactions by thermography[J].Nature biotechnology, 1999, 17: 813-816.

[21]Stoll Manfred, Schultz Hans R,Berkelmann-Loehnertz, et al.Exploring the sensitivity of thermal imaging for Plasmopara viticola pathogen detection in grapevines under different water status[J].Functional plant biology FPB, 2008, 35(4):281-288.

[22]劉亞.基于遠紅外熱成像的葉溫變化與玉米苗期耐旱性的研究[J].中國農業科學，2009, 42(6):2192-2201.

[23]王道杰.油菜抗旱性及鑒定方法與指標[J].西北農業學報，2012, 21(5):108-113.

[24]程麒，黃春燕，王登偉，等.基于紅外熱圖像的棉花冠層水分脅迫指數與光合特性的關系[J].棉花學報，2012, 24(4):341-347.

[25]Sigfredo Fuentes, Roberta De Bei, Joanne Pech, et al.Computational water stress indices obtained from thermal image analysis of grapevine canopies[J].Irrigation Science, 2012, 30(6):523-536.

[26]M Meron, J Tsipris, Valerie Orlov, et al.Crop water stress mapping for site-specific irrigation by thermal imagery and artificial reference surfaces[J].Precision Agric, 2010, 11(2):148-162.

[27]黃春燕，趙鵬舉，王登偉，等.基于紅外熱圖像的棉花水分脅迫指數高光譜遙感估算研究[J].紅外，2012, 33(6):17-21.

[28]趙田欣，郭斌，安新民，等.美洲黑楊與大青楊雜種葉片氣孔導度的紅外熱像測量方法研究[J].中國農學通報，2012, 28(31):65-70.

[29]王冰，崔日鮮，王月福.基于遠紅外成像技術的花生苗期抗旱性鑒定[J].中國油料作物學報，2011, 33(6):632-636.

[30]Wiriya-Alongkorn, Winai,Spreer, et al.Detecting drought stress in longan tree using thermal imaging[J].Maejo International Journal of Science and Technology, 2013, 7(1):166-180.

[31]Wisniewski M,Lindow S E,Ashworth E N. Observations of ice nucleation and propagation in plants using infrared video thermography[J].Plant physiology, 1997, 113(2): 327-334.

[32]Pearce Roger S,Fuller Michael P. Freezing of barley studied by infrared video thermography[J].Plant Physiology,2001, 125(1):227-240.

[33]Fuller M P, Wisniewski, M.The use of infrared thermal imaging in the study of ice nucleation and freezing of plants[J].Journal of thermal biology, 1998, 23(2):81-89.

[34]張新建，丁愛云，劉招艦，等.冰核細菌應用研究[J].山東科學，2002,15(3):32-37.

[35]徐惠榮，應義斌.紅外熱成像在樹上柑桔識別中的應用研究[J].紅外與毫米波學報, 2004, 23(5): 353-355.

[36]Ljungberg S A，Jonsson O. Infrared thermography: a tool to map temperature anomalies of plants in a green house heated by gas fired infrared heaters[C]//Proceedings of SPIE, 2002, 4710:399-406.

[37]宋玉偉，宋純鵬.紅外成像技術在生命科學中的應用[J].生命科學研究, 2004, 8(2):123-124.

[38]Guilioni L, Jones H G, Leinonen I, et al.On the relationships between stomatal resistance and leaf temperatures in thermography[J].Agricultural and Forest Meteorology, 2008, 148:1908-1912.

[39]馮雷，高吉興，何勇，等.波譜成像技術在作物病害信息早期檢測中的研究進展[J].農業機械學報，2013, 44(9):169-176.

[40]趙庚星，余松烈.冬小麥遙感估產研究進展[J].山東農業大學學報，2001, 32(1):107-111.

The Application Progress of Infrared Thermography for Crop Stress Detection

Li Zhen1,2, Shi Zhixing1, Wang Cheng2, Song Peng2, Chen Zilong2, Luo Bin2, Zhang Yunli1

(1.College of Information Science and Technology, Agricultural University of Hebei, Baoding 071000, China; 2.Beijing Research Center for Information Technology in Agriculture, Beijing 100097, China)

Abstract：Infrared thermography is a sort of machine vision technology which is used for imaging through receiving thermal radiation from molecules and atoms with random movement continuously.At present, the theoretical methods of infrared thermography have been widely studied. This paper summarized the theory of infrared thermal imaging technology and introduced the application on agriculture briefly. The research actuality and progress application of thermal imaging technologies were described on crop detection in detail including crop disease stress detection, water stress analysis, and freezing injury stress analysis. The further use of the technology on crop detection was prospected by summarizing the characteristics and the advantages of thermal imaging technology.

Key words：thermal imaging technology； disease detection； stress analysis； image processing

文章編號：1003-188X(2016)01-0232-06

中圖分類號：S123;S121

文獻標識碼：A

作者簡介：李真(1989-)，女(滿)，河北邯鄲人，碩士研究生，(E-mail)lizhen_219@163.com。通訊作者：史智興(1954-)，男，河北新樂人，教授，博士生導師，(E-mail)szx540105@163.com。

基金項目：公益性行業(農業)科研專項(201203026)；國家“863計劃”項目(2012AA10A503)

收稿日期：2015-01-23