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Imagem fluorescente de clorofila induzida pela luz solar portátil
1, Introdução ao sistema de espectrômetro de imagem fluorescente de clorofila
Princípios básicos:
Mecanismo de inversão da fluorescência de clorofila induzida pela luz solar (SIF): a linha espectral da radiação solar é absorvida pela atmosfera solar e por vários componentes da atmosfera terrestre, chegando ao sensor com vales de absorção de diferentes larguras (0,1 nm-10 nm) e profundidades, conhecidas como linhas de Fraunhofer. SIF como sinal de emissão da superfície, sobreposta sobre a informação refletida, altera a profundidade da linha escura de Lang e Fermat, usando o efeito de preenchimento do "poço" de SIF para a linha escura de Lang e Fermat, comparando a profundidade da linha escura original e a profundidade da linha escura preenchida por SIF, pode ser alcançada a inversão de detecção remota do SIF. Uma vez que o SIF inverso usa pelo menos uma linha escura de Fraun e Fermat, e quanto maior a resolução espectral do sensor para qualquer linha escura, maior a profundidade da linha escura original observada, maior o efeito de preenchimento do SIF sobre a linha escura, maior a robustez do SIF inverso. Portanto, a inversão de detecção remota do SIF precisa ser realizada em condições de alta resolução espectral, com a questão central de como obter com precisão as linhas escuras originais que não são preenchidas com fluorescência e as linhas escuras que são preenchidas com fluorescência.
A fluorescência de clorofila induzida pela luz solar (SIF) é um sinal espectral emitido pelo centro de fotossíntese (650-800 nm) sob condições de luz solar, com dois picos de luz vermelha (cerca de 690 nm) e infravermelho próximo (cerca de 740 nm), que refletem diretamente as mudanças dinâmicas da fotossíntese real da planta.
A teledetecção SIF é uma tecnologia de teledetecção de vegetação que se desenvolveu rapidamente nos últimos anos para compensar as deficiências da observação atual de teledetecção de vegetação e fornecer novas ideias e tecnologias para o ciclo de carbono dos ecossistemas terrestres e o monitoramento da vegetação.
A teledetecção da vegetação, representada por índices de vegetação baseados em observações de “verde”, como o NDVI, tem contribuido significativamente para a compreensão e a compreensão da biosfera da Terra em escala macroscópica nos últimos 30 anos, mas só é possível detectar “potencial fotossíntese” de plantas por meio de “verde”.
A fluorescência de clorofila tem vantagens técnicas exclusivas na detecção fotofisiológica da vegetação e é um método de detecção direta para a "fotosíntese real". Pode-se dizer que a teledetecção por fluorescência de clorofila vegetal é a vanguarda da pesquisa inovadora no campo da teledetecção vegetal durante quase 10 anos. À medida que a pesquisa e a tecnologia avançam, a teledetecção SIF teve grandes avanços nos últimos 10 anos. O SIF é um representante típico da medição da fluorescência da clorofila sob a luz, que inverte a intensidade da fluorescência da clorofila emitida pela vegetação medindo o brilho da radiação ascendente no preenchimento da linha escura de Fraunhofer do espectro solar descendente, geralmente obtendo a seguinte curva espectral.

Figura 1 Inverter a intensidade de fluorescência da clorofila emitida pela vegetação
Imagem fluorescente de clorofila induzida pela luz solar portátilIndicadores técnicos:
•Gama espectral de imagem: 670-780nm (650-800nm)
•Sensores de imagem: SCMOS (refrigeração / não refrigeração)
•Resolução espectral: 0.3 ~ 0.4nm
•Intervalo de amostragem espectral: 0,1 nm
•Bandas espectrais: 100 a 1000 bandas
•SNR: superior a 1000:1 (relação pico de sinal-ruído)
•Largura da fenda de entrada: 30μm
•Lente de imagem: 25mm
•Resolução da imagem espacial: ≥1200*1000
•Frequência de quadro: 1fps ~ 100fps
•Interface: USB3.0
•Peso: <2.27Kg;
Principais funções:
•Exposição dinâmica, foco automático, combinação automática da velocidade de digitalização
•Obobturador
•Calibração de radiação, uniformidade, lente e reflexão
•Captura de luz solar em tempo real (corretor cosinus)
•Bateria incorporada
•Imagem de empurramento integrada
•Monitoramento de câmera auxiliar
•Imagem térmica infravermelha
•Saída inversa em tempo real


Figura 2 Interfaces de hardware e software do sistema
Análise de processamento de dados:
•Armazenamento e saída de dados do espectro de reflexão
•Mapa de cubo de dados de alto espectro
•Captura/correção do espectro solar em tempo real
•Índice de vegetação: Índice de normalização N DV I, Índice de proporção SR, Índice de reflexo de absorção de clorofila melhorado MCARI, Índice de reflexo de absorção de clorofila melhorado 1MCARI1, Índice de vegetação de ajuste do solo otimizado OSAVI, etc., também suportam fórmulas de cálculo de banda personalizadas.
Modelo de Inversão:

Características técnicas:
Captura paralela em tempo real de informações de intensidade da fonte de luz e imagens de alvo a serem medidas
Na área da fenda de entrada do espectrómetro de imagem SIF, projetada para coletar informações de referência em tempo real sobre a intensidade da fonte de luz para a fibra óptica, o módulo de correção de cosinus homogeneiza a coleta de luz de todos os lados e, em seguida, conduz a fibra óptica para a frente da fenda de entrada, garantindo que cada frequência de quadro registra suas informações de referência independentes e sincronizadas durante a imagem de varredura. Evitar erros de calibração devido a mudanças na intensidade da luz, assegurar a independência relativa da calibração e apoiar estudos quantitativos.

Figura 3 Captura de fibra óptica em tempo real
Configurações personalizadas de banda e intervalos de amostragem personalizados
Na interface do software, os parâmetros de intervalo podem ser definidos para a banda inicial do espectro personalizado, a banda final; Suporta várias operações semelhantes, configurando a precisão das áreas de interesse e segmentação espectral, reduzindo o número de bandas para áreas não de interesse, aumentando a extração de sinais eficazes e reduzindo a redundância de dados, aumentando a eficiência da captura e garantindo a precisão dos dados.

Figura 4 Interface de configuração personalizada da banda
Correção de dados
Correção de Reflexividade:
•O uso de quadro branco padrão, pano cinzento, etc. pode ser usado como placa de referência para a calibração de refletidão dos dados de valor DN bruto coletados;
•Calibração de refletidade usando dados como intensidade de luz, fundo escuro e outros coletados em tempo real pelo módulo de correção de cosinus;
Correção de Radiação:
•Calibração da radiação relativa;
•Calibração de radiação absoluta;

Processamento de correção de luz ambiental em tempo real
Normalmente, os sistemas de imagem SIF são coletados em condições de iluminação muito boa, e as nuvens ocasionais trazem inconsistência na área de alvo e no sistema de captura de luz, podem usar a informação de fonte de luz de referência correspondente em cada frequência de quadro coletada em tempo real para corrigir a intensidade da luz e processamento algoritmico com a imagem de alvo.
* A área vermelha é a área da imagem da fonte de luz de referência registrada pelo sensor de intensidade de luz (ocupando vários pontos de pixel);
* A área amarela é a área alvo para a calibração;
* Funcionalidade de análise de dados de software exclusiva;

Figura 5 Processamento de dados de correção em tempo real
Função de reversão em tempo real
Em primeiro lugar, é necessário processar a correção de reflexão em tempo real dos dados de valor DN em bruto, o software do sistema configura uma pasta para armazenar os dados de quadro branco e fundo escuro correspondentes, após a aquisição, a calibração de reflexão será realizada automaticamente; Em segundo lugar, em combinação com o modelo matemático selecionado, os resultados inversos dos indicadores do modelo correspondentes podem ser produzidos.


Figura 6 Inversão em tempo real
2. Aplicações experimentais:
Dados de medição e resultados de saída inversos.

Figura 7 Imagem e espectro

Figura 8 Reversão