成像角度与叶龄对叶片叶绿素荧光成像的影响研究
2023年电子技术应用第5期
杨振宇1，2，汤浩1，2，葛玮1，2，夏倩1，2，仝德之3，付丽疆1，2，郭亚1，2
（1.江南大学 “轻工过程先进控制”教育部重点实验室，江苏 无锡 214122； 2.江南大学 物联网工程学院，江苏 无锡 214026；3.绿视芯科技（无锡）有限公司，江苏 无锡 214000）
摘要： 叶绿素荧光成像作为一种高效的植物光合作用和生理状态信息获取手段，常被应用于智慧农业信息感知等众多领域。现阶段的大尺度叶绿素荧光成像技术缺少与微观的叶片级叶绿素荧光成像之间的机制上联系，忽略成像角度与叶片叶龄对叶绿素荧光成像产生的影响，限制了其在大尺度农业智能评估与决策中应发挥的作用。针对上述问题，设计了一套可多角度成像的叶绿素荧光采集设备，用以探究叶绿素荧光成像与成像角度和叶片叶龄之间存在的联系，并利用绿萝、樟树和大叶黄杨这三种分别代表藤本、乔木和灌木的植物共计60片叶子进行成像实验，分析荧光强度、F_v/F_m和R_fd三个典型荧光指标。实验结果表明成像角度对叶绿素荧光成像存在显著影响，成像角度的增大会导致荧光参数值的减小，对不同种类植物的影响也不同。叶片的叶龄也会影响叶绿素荧光成像，成长期叶片的成像参数指标优于成熟期叶片。
中圖分類號：S-3
文獻標志碼：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.233870
中文引用格式： 楊振宇，湯浩，葛瑋，等. 成像角度與葉齡對葉片葉綠素熒光成像的影響研究[J]. 電子技術應用，2023，49(5)：14-18.
英文引用格式： Yang Zhenyu，Tang Hao，Ge Wei，et al. Study on the effects of imaging angle and leaf age on leaf chlorophyll fluorescence imaging[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(5)：14-18.
文獻標志碼：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.233870
中文引用格式： 楊振宇，湯浩，葛瑋，等. 成像角度與葉齡對葉片葉綠素熒光成像的影響研究[J]. 電子技術應用，2023，49(5)：14-18.
英文引用格式： Yang Zhenyu，Tang Hao，Ge Wei，et al. Study on the effects of imaging angle and leaf age on leaf chlorophyll fluorescence imaging[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(5)：14-18.
Study on the effects of imaging angle and leaf age on leaf chlorophyll fluorescence imaging
Yang Zhenyu1，2，Tang Hao1，2，Ge Wei1，2，Xia Qian1，2，Tong Dezhi3，Fu Lijiang1，2，Guo Ya1，2
(1.Key Laboratory of Advanced Process Control for Light Industry， Ministry of Education， Jiangnan University， Wuxi 214122， China； 2.School of IoT， Jiangnan University， Wuxi 214122， China； 3.Chloview Science and Technology （Wuxi） Co.， Ltd.， Wuxi 214000， China)
Abstract： Chlorophyll fluorescence imaging, as an efficient means of obtaining plant photosynthesis and physiological state information, is often used in many fields such as smart agricultural information perception. The current large-scale chlorophyll fluorescence imaging technology lacks the mechanistic connection with the microscopic leaf-level chlorophyll fluorescence imaging, ignoring the impact of imaging angle and leaf age on chlorophyll fluorescence imaging, which limits its application in large-scale agricultural intelligence assessment and role in decision-making. Aiming at the above problems, this paper designed a set of chlorophyll fluorescence acquisition equipment capable of multi-angle imaging to explore the relationship between chlorophyll fluorescence imaging, imaging angle and leaf age.A total of 60 leaves of epipremnum aureum,camphor and euonymus, representing vines, trees and shrubs were subjected to imaging experiments, and the fluorescence intensity, F_v/F_mand R_fd three typical fluorescence indicators were analyzed. The experimental results show that the imaging angle has a significant impact on the chlorophyll fluorescence imaging, and the increase of the imaging angle will lead to the decrease of the fluorescence parameter value, and the effect on different types of plants is also different. Leaf age also affects chlorophyll fluorescence imaging, and the imaging parameters of growing leaves are better than those of mature leaves.
Key words : photosynthesis；chlorophyll fluorescence imaging；imaging angle；leaf age
0 引言
農業作為基礎產業，其產量關系糧食安全和經濟建設，農作物的產量與其生理狀態密不可分，農業信息化是實現智慧農業的必然條件，如何準確有效地檢測植物的生理狀態尤其是實現大尺度檢測一直是熱點研究話題。植物在進行光合作用的過程中，將吸收的太陽能轉化為自身所需的化學能、熱能以及葉綠素熒光。葉綠素熒光蘊含著豐富的植物生理生化信息，被稱為植物光合作用的探針，其分布和變化特征可反映植物的光合作用，進而可反映植物當前的生理狀態。葉綠素熒光可以通過手持式儀器針對具體葉面進行測量，也可以通過遙感的方法進行大尺度測量。因此，葉綠素熒光是目前植物生理學研究和植物遙感研究的重要手段之一，在智慧農業的信息獲取與評估決策中具有重要的價值。
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作者信息：
楊振宇1，2，湯浩1，2，葛瑋1，2，夏倩1，2，仝德之3，付麗疆1，2，郭亞1，2
（1.江南大學 “輕工過程先進控制”教育部重點實驗室，江蘇 無錫 214122；2.江南大學 物聯網工程學院，江蘇 無錫 214026；3.綠視芯科技（無錫）有限公司，江蘇 無錫 214000）
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