Обзор современных методов обнаружения и идентификации болезней растений на основе анализа гиперспектральных изображений
Болезни растений приводят к значительным экономическим потерям в секторе сельскохозяйственного производства во всем мире. Раннее выявление, количественная оценка и идентификация болезней имеют решающее значение для целенаправленного применения мер защиты в растениеводстве. В настоящее время ведутся интенсивные научные исследования по разработке инновационных методов диагностики болезней растений, основанных на гиперспектральных технологиях. Анализ спектра отражения растительной ткани позволяет проводить классификацию здоровых и больных растений, оценивать тяжесть заболевания, дифференцировать виды патогенов и выявлять симптомы биотических стрессов на ранних стадиях, в том числе в инкубационный период, когда симптомы не видны человеческому глазу. В обзоре описаны основные принципы измерения спектра отражения растительной ткани. Обсуждаются и оцениваются возможности применения различных типов гиперспектральных сенсоров и платформ для диагностики болезней растений. Гиперспектральный анализ является новой областью, соединяющей в себе методы оптической спектроскопии и методы анализа изображений, которые позволяют одновременно оценивать как физиологические, так и морфологические параметры. Описаны главные этапы анализа гиперспектральных данных: получение и предварительная обработка изображения; извлечение и обработка данных; моделирование и анализ данных. Приведен перечень алгоритмов и методов, применяемых на каждом из этапов. Рассмотрены основные области применения гиперспектральных сенсоров в диагностике болезней растений, такие как обнаружение болезни, дифференциация и идентификация типа заболевания, оценка степени поражения, оценка устойчивости генотипов. Приведен всесторонний обзор научных публикаций, подчеркивающий преимущества гиперспектральных технологий при исследовании взаимодействий между растениями и патогенами в различных масштабах измерений. Несмотря на обнадеживающий прогресс, достигнутый за последние несколько десятилетий в мониторинге болезней растений на основе гиперспектральных технологий, остаются нерешенными некоторые технические проблемы, препятствующие применению этих методов на практике. В заключение обсуждаются проблемы и перспективы практического использования новых технологий в сельскохозяйственном производстве.