Mendeteksi Penyakit dan Stres Pada Tanaman Menggunakan Pencitraan Hiperspektral

Deteksi penyakit dan stres tanaman merupakan kegiatan vital dalam pengelolaan tanaman. Kemampuan untuk mengidentifikasi mereka pada tahap awal memungkinkan respons awal untuk mengubah praktik pengelolaan tanaman atau mencegah penyebaran infeksi. Metode konvensional melibatkan pemeriksaan tanaman untuk gejala yang terlihat, yang cenderung menunjukkan pada tahap tengah atau akhir infeksi, atau analisis kimia. Metode-metode ini dapat memakan waktu atau melibatkan langkah-langkah ekstraksi yang membosankan dan pengukuran yang merusak dari jaringan tanaman. Oleh karena itu, banyak jalan penelitian mengadopsi pencitraan hiperspektral (HSI) karena pendekatan non-destruktif mereka untuk memberikan informasi fisiologis dan struktural pada tanaman, memberikan kesempatan untuk mengidentifikasi penyakit dan stres sebelum gejala yang terlihat nyata.

HSI adalah teknik yang menangkap informasi spasial dan spektral suatu objek melalui berbagai spektrum elektromagnetik. Data yang dikumpulkan, disebut hypercube atau kubus data, berisi gambar spasial 2D dari ratusan pita spektrum (panjang gelombang) yang berdekatan dan sempit. Data tersebut kemudian dapat diolah dengan menggunakan indeks vegetasi atau teknik untuk mendeteksi dan mengklasifikasikan penyakit tanaman dan cekaman. Misalnya, Weng et al. (2018) menggabungkan HSI dengan LSSVM (mesin vektor pendukung kuadrat terkecil) untuk mengklasifikasikan antara pohon jeruk yang sehat dan yang terinfeksi penyakit penghijauan jeruk. Bravo dkk. (2003)gunakan HSI dengan kombinasi NDVI (normalized difference vegetasi index) dan QDA (quadratic discriminant analysis) untuk membedakan spektrum tanaman gandum antara yang sehat dan yang karat kuning.

Saat memilih kamera hyperspectral untuk aplikasi Anda, ada beberapa faktor yang harus dipertimbangkan.

Rentang Spektral

Sebagian besar kamera hiperspektral dirancang untuk mengukur hanya sub-rentang tertentu dari spektrum elektromagnetik seperti cahaya tampak dan inframerah dekat (VNIR) di sekitar rentang panjang gelombang 400 – 1000 nm, inframerah panjang gelombang pendek (SWIR) di sekitar 1000 – 2500 nm. rentang panjang gelombang, dll. Pemilihan kamera hiperspektral harus didasarkan pada rentang spektralnya untuk mencakup panjang gelombang dari aplikasi yang Anda maksudkan. Misalnya, kamera hiperspektral dengan rentang spektral VNIR akan cocok untuk mengukur perubahan pigmentasi daun (sekitar kisaran 400-700 nm). Tetapi untuk menangkap perubahan kadar air (sekitar kisaran 1300–2500 nm), kamera hiperspektral dengan rentang spektral SWIR akan lebih cocok.

Teknologi

Ada berbagai jenis kamera hyperspectral, dan mereka dapat dikategorikan berdasarkan teknologinya , seperti sapu dorong (line scan), filter yang dapat disetel, dll. Perbedaan utamanya adalah cara mereka menangkap data dan kebutuhan penerangannya. Misalnya, dorong data penangkapan sapu dengan memindai satu baris melintasi sampel (Gambar 1) dan hanya perlu menerangi garis sempit ini. Filter merdu menangkap data dari satu pita spektrum pada satu waktu (Gambar 2) dan membutuhkan penerangan di area yang jauh lebih besar. Semakin besar area iluminasi, semakin menantang untuk mencapai iluminasi yang seragam dan stabil. Sebagian besar sumber cahaya adalah sumber titik, dan menghasilkan penerangan yang seragam dan stabil untuk pencitraan area berarti sumber cahaya harus lebih jauh dari sampel target.

Gambar 1 – Penerangan sapu dorong (scan garis)
Gambar 2 – Penerangan filter merdu

Specim, pemimpin global dalam solusi HSI , memiliki berbagai pilihan kamera hyperspectral sapu dorong, dari Specim IQ portabel hingga sistem HSI udara , yang mencakup panjang gelombang mulai dari inframerah panjang gelombang tampak hingga inframerah panjang gelombang panjang (LWIR). Tonton video ini untuk mengetahui lebih lanjut tentang cara kerja kamera hiperspektral Specim.

Butuh informasi lebih lanjut tentang HSI? Butuh bantuan dalam menyiapkan sistem HSI untuk aplikasi Anda? Hubungi spesialis kami untuk konsultasi gratis sekarang

Menilai Karbon Organik Tanah (SOC) Dengan Pencitraan Hiperspektral

Bahan organik tanah (SOM) memegang peranan penting dalam kesehatan dan kesuburan tanah, khususnya fungsi kimia, fisik, dan biologi tanah, serta memiliki dampak yang besar terhadap keberlanjutan sistem produksi pertanian. SOM sulit diukur secara langsung, dan pendekatan terdekat adalah mengukur karbon organik tanah (SOC), komponen SOM terukur yang memiliki korelasi tinggi.

Cara konvensional untuk mengukur SOC adalah melalui metode Walkley Black (pembakaran basah) atau pembakaran kering. Metode ini bisa melelahkan, memakan waktu, dan mahal karena melibatkan pengumpulan sampel tanah dan mengirimkannya ke laboratorium untuk oksidasi.

Banyak digunakan dalam berbagai fenotip tanaman dan aplikasi geologi karena kemampuannya untuk menawarkan pemetaan, karakterisasi, dan analisis target yang cepat dan tidak merusak, kamera hyperspectral imaging (HSI) juga muncul sebagai alat ilmiah yang menjanjikan dalam penilaian tanah. Misalnya, MU dkk. (2008) menggunakan kamera HSI untuk memprediksi kandungan SOC untuk membangun pengelolaan tanah yang optimal, sedangkan Sorenson et al. (2018) menggunakan HSI untuk mengukur SOC dan nitrogen total. Secara umum, cahaya yang dipantulkan dari tanah dikumpulkan pada panjang gelombang yang berbeda (misalnya, terlihat, dekat-inframerah, dll) oleh kamera HSI untuk mendapatkan data reflektansi spektral. Data tersebut kemudian diolah lebih lanjut dengan model matematika seperti regresi kuadrat terkecil parsial (PLSR), dll, untuk memperkirakan SOC.

Ada banyak faktor yang perlu dipertimbangkan saat menyiapkan sistem HSI. Seseorang harus mempertimbangkan bagaimana pengukuran spektral akan dilakukan dalam praktik karena ada berbagai jenis kamera HSI (misalnya, pushbroom, whiskbroom, dll.), masing-masing dengan caranya sendiri untuk memperoleh data. Selain pemilihan kamera HSI, faktor -faktor seperti rentang spektral, resolusi, iluminasi, efisiensi pengumpulan cahaya, dll., juga harus dipertimbangkan.

Specim memiliki berbagai solusi HSI yang mencakup panjang gelombang dari inframerah tampak dan inframerah dekat hingga inframerah panjang gelombang panjang (LWIR). Dalam hal penelitian dan studi tanah, Specim menawarkan berbagai sistem HSI yang mudah digunakan dan andal, mulai dari kamera HSI portabel Specim IQ yang cocok untuk laboratorium dan lapangan hingga sistem HSI udara . Lihat video ini untuk mempelajari lebih lanjut tentang cara kerja kamera Specim HSI.

Tertarik untuk mempelajari lebih lanjut tentang HSI? Butuh bantuan untuk mengembangkan dan menyiapkan sistem HSI Anda? Hubungi kami untuk konsultasi gratis sekarang.

Pencitraan Hyperspectral untuk Penelitian Menjadi Mudah dengan Specim IQ

Pencitraan spektral adalah teknik yang menggabungkan spektroskopi dengan pencitraan untuk mengumpulkan informasi spektral suatu objek dari panjang gelombang dalam spektrum sekaligus merekam informasi spasial dalam sebuah gambar.

Pencitraan spektral dapat dibagi menjadi Pencitraan Hiperspektral (HSI) dan Pencitraan Multispektral (MSI). Perbedaan utama antara keduanya adalah bahwa HSI dapat menangkap informasi dari sejumlah besar pita spektrum yang berdekatan dan sempit, dan MSI menangkap informasi hanya dari sejumlah pita spektrum luas yang terbatas. Dengan resolusi spektral yang lebih tinggi, HSI dapat memberikan informasi yang lebih rinci untuk identifikasi, pengukuran, dan pemetaan sifat biologis, kimia, dan fisik objek yang lebih baik dan lebih mudah.

Perbedaan antara Pencitraan Multispektral dan Pencitraan Hiperspektral

HSI semakin banyak digunakan dalam berbagai aplikasi penelitian karena kemampuannya untuk memberikan informasi spektral dan spasial yang terperinci dari suatu objek secara non-invasif. Misalnya, dapat digunakan untuk mengukur kandungan klorofil atau mendeteksi keberadaan antosianin pada tanaman untuk menganalisis kesehatan dan pertumbuhannya seperti stres, status nutrisi, dll. Dalam industri makanan , HSI dapat digunakan untuk mempelajari komposisi kimia makanan , kematangan , atau memar buah dan sayuran , dll. HSI juga menunjukkan potensi di bidang ilmu kedokteran yang dapat digunakan untuk mempelajari kanker kulit.

Dalam hal HSI, Specim menawarkan berbagai sistem HSI terkemuka, terutama Specim IQ . Sebuah kamera hyperspectral (pushbroom) portabel dan berbasis scan garis , Specim IQ menawarkan operasi sederhana dan interface pengguna yang mirip dengan kamera digital. Mobilitas Specim IQ membuatnya cocok untuk penelitian laboratorium dan lapangan / di tempat. Saat digunakan dengan perangkat lunak Specim IQ Studio , data terukur dapat diproses berdasarkan model pemrosesan yang diunggah ke kamera Specim IQ. Selain itu, Specim IQ memiliki pemindai bawaan dan tidak memerlukan pemindai eksternal seperti kebanyakan kamera HSI pemindaian garis.

Specim IQ yang inovatif dan serbaguna dirancang sesederhana mungkin untuk digunakan, memungkinkan siapa saja, dari pemula hingga ahli, untuk melakukan pengukuran HSI dengan mudah. Lihat video ini untuk melihat bagaimana HSI menjadi mudah dengan Specim IQ.

Tertarik untuk mengetahui lebih lanjut tentang Specim IQ? Butuh bantuan untuk menyiapkan sistem HSI untuk aplikasi penelitian Anda? Jangan ragu untuk menghubungi kami untuk memesan demo gratis atau konsultasi dengan spesialis HSI kami

Kontrol Kualitas Pertanian Menjadi Sederhana

Pertanian adalah bagian penting dari kehidupan kita, dan dengan meningkatnya standar hidup kita, ada permintaan yang meningkat untuk tanaman berkualitas baik. Konica Minolta memiliki berbagai macam produk, mulai dari pengukuran cahaya dan warna hingga pencitraan hiperspektral, untuk membantu produsen dan peneliti pertanian.

Pengukuran Cahaya

Dengan meningkatnya pertanian vertikal, banyak produsen pertanian menemukan cara untuk meningkatkan pertanian dalam ruangan mereka. Pencahayaan merupakan faktor penting untuk pertumbuhan tanaman, dan banyak yang mencari sumber  pencahayaan hortikultura  yang dapat meniru matahari.

Dengan munculnya sumber cahaya LED, dan kemampuan untuk menentukan spektrum, sekarang dimungkinkan untuk mengeluarkan output spektral yang dibutuhkan untuk fotosintesis. Oleh karena itu, banyak produsen pertanian dalam ruangan telah mengadopsi pencahayaan LED untuk pertanian dalam ruangan mereka .

Sangat penting untuk menemukan pencahayaan yang tepat dan memahami output dan kemampuannya untuk menyediakan energi yang diperlukan untuk mendukung pertumbuhan tanaman. Dalam hal mengukur pencahayaan pertanian, Konica Minolta menawarkan berbagai pilihan  pengukur cahaya , seperti  Pengukur Cahaya T-10A ,  Spektrofotometer Penerangan CL-500A , dll., yang mampu mengukur lux, Suhu Warna Berkorelasi (CCT) , dan  Indeks Rendering Warna (KRI) .

Pengukuran warna

Klorofil  adalah salah satu parameter yang biasa diukur untuk memantau pertumbuhan tanaman dan mengatur jumlah pupuk yang digunakan.  Pengukur klorofil Konica Minolta  SPAD-502Plus menawarkan pengukuran kandungan klorofil secara instan dan non-destruktif, memungkinkan produsen pertanian untuk memahami kondisi tanaman mereka dan mengoptimalkan jumlah pupuk yang digunakan dengan mudah.

Selain klorofil, warna merupakan parameter lain yang umum diukur, terutama selama tahap panen dan pasca panen. Warna tanaman seperti buah – buahan dan sayuran sering digunakan untuk menentukan kematangan dan waktu panennya. Ini juga digunakan untuk memeriksa atau menilai kualitas tanaman olahan seperti biji kopi , kelapa kering , minyak sawit , tepung , pasta , rempah-rempah , dll.

Dari Chroma Meter CR-400 dan Spectrophotometer CM-5 hingga perangkat lunak kontrol kualitas warna SMNX , Konica Minolta menawarkan berbagai solusi pengukuran warna yang dapat mendukung produsen pertanian dalam mengevaluasi dan mengelola warna tanaman mereka di semua tahap produksi mereka.

Pencitraan Hiperspektral

Bergerak melampaui pengukuran warna,  pencitraan hiperspektral (HSI)  adalah teknik terbaru yang semakin banyak digunakan dalam berbagai penginderaan jauh, penelitian , dan aplikasi kontrol kualitas dalam industri pertanian. Ini menggunakan kamera HSI untuk menangkap data spektral dari spektrum yang berbeda dari panjang gelombang elektromagnetik (terlihat dan tidak terlihat), memungkinkan karakterisasi yang mudah, pemetaan, dan penyortiran tanaman berdasarkan perbedaan sifat kimia atau fisiknya.

HSI dapat digunakan untuk memetakan status nitrogen dalam ladang jagung atau mempelajari stres, status nutrisi, dll., dari tanaman . Ini juga dapat diterapkan untuk membantu menyortir dan menilai tanaman atau mendeteksi objek yang tidak diinginkan, seperti kayu, serangga, dll., dan kontaminasi..

Butuh bantuan untuk menemukan solusi pengukuran dan pemeriksaan yang tepat untuk aplikasi pertanian Anda? Hubungi kami untuk konsultasi atau bantuan gratis sekarang.

Inspeksi Kualitas dan Keamanan Makanan Dengan Pencitraan Hiperspektral

Kualitas dan keamanan makanan selalu menjadi hal yang sangat penting bagi konsumen dan pihak berwenang. Memeriksa penampilan luar dan komposisi makanan dapat membantu memenuhi standar kualitas dan keamanan serta harapan konsumen. Ada beberapa metode yang tersedia untuk memeriksa atribut sensorik dan komposisi makanan. Sayangnya, beberapa metode umum saat ini memerlukan analisis laboratorium yang padat karya, memakan waktu, dan sering kali melibatkan penghancuran sampel.

Dalam beberapa tahun terakhir, pencitraan hiperspektral (HSI) adalah teknik non-invasif yang berkembang pesat dalam industri pertanian dan makanan. Ini mengukur interaksi antara cahaya (refleksi, transmisi, dll.) dan material melalui kamera hyperspectral untuk mendapatkan tanda spektral atau sidik jari spektral dari material. Setiap bahan memiliki tanda spektral yang unik, dan tanda tangan spektral ini berisi informasi terukur yang selanjutnya dapat digunakan untuk mengkarakterisasi, mengidentifikasi, dan membedakan bahan. Seperti yang ditunjukkan pada gambar 1, HSI dapat secara bersamaan dan cepat mengkarakterisasi kandungan lemak dalam daging dan mendeteksi benda-benda yang tidak diinginkan seperti kayu dan plastik dari daging.

Gambar 1 – HSI mendeteksi bahan asing dan mengkarakterisasi kandungan lemak dalam daging. 
Gambar milik SPECIM, SPECTRAL IMAGING LTD.

Pencitraan spektral penuh dan kemampuan deteksi HSI membuatnya ideal untuk berbagai aplikasi dalam industri makanan. Di bawah ini adalah beberapa aplikasi HSI yang telah teruji dengan baik.

Buah-buahan dan sayur-sayuran

• Mendeteksi noda, memar, dan cedera dingin.

• Mengukur kematangan dan kualitas kimia seperti kadar gula, kadar antosianin, kadar air.

• Deteksi kontaminasi dan benda-benda yang tidak diinginkan seperti kayu, kertas, serangga.

Daging dan unggas

• Mengukur keempukan dan komposisi daging seperti lemak, protein, kadar air, dll.

• Deteksi kontaminasi dan benda-benda yang tidak diinginkan seperti pecahan tulang, plastik, kayu, dll.

Sementara HSI telah menjadi solusi yang layak untuk industri makanan, pengukuran dan pemrosesan data hiperspektral dapat menjadi tantangan bagi orang-orang yang tidak memiliki pengetahuan atau pengalaman sebelumnya dalam HSI.

HSI dibuat sederhana dengan Specim IQ . Sebuah kamera hyperspectral mobile dan stand-alone berdasarkan prinsip pushbroom , Specim IQ menawarkan operasi sederhana dengan input pengguna minimal, mirip dengan kamera digital. Pemrosesan data yang rumit berada di balik antarmuka grafis yang mudah digunakan , memungkinkan siapa saja dari pemula hingga ahli di HSI untuk mendapatkan hasil pengukuran dan wawasan instan dengan mudah. Pengguna juga dapat mengembangkan dan mengunggah aplikasi dan algoritma pemrosesan data mereka ke dalam Specim IQ melalui perangkat lunak Specim IQ Studio .

Specim IQ menggabungkan kesederhanaan, kinerja tinggi, dan keserbagunaan. Tonton video ini untuk mengetahui lebih lanjut.

Tertarik untuk memahami lebih lanjut tentang HSI atau memerlukan bantuan untuk menyiapkan sistem HSI untuk aplikasi Anda? Hubungi pakar HSI untuk konsultasi gratis sekarang.