Fenotip tanaman mencakup studi tentang struktur dan fungsi tanaman, termasuk pertumbuhan , hasil , respon cekaman biotik dan abiotik , dan kualitas. Metode tradisional untuk fenotipe memakan waktu, melelahkan, dan destruktif. Hal ini memerlukan kebutuhan akan teknologi yang cepat dan tidak merusak dengan throughput tinggi.
Pencitraan hiperspektral (HSI) memberikan informasi spektral dan spasial yang cepat dari spektrum elektromagnetik yang luas secara non-invasif, menunjukkan kegunaannya dalam mempelajari sifat struktural dan fungsional tanaman. Asaari dkk. (2018) memanfaatkan HSI untuk mendeteksi cekaman kekeringan pada tanaman jagung, sedangkan Wahabzada et al. (2015) menggunakan HSI untuk mempelajari dan menganalisis patogen daun pada daun barley. Kim dkk. (2011) menggunakan HSI untuk mengidentifikasi dan menganalisis onset dan intensitas cekaman air pada pohon apel.
Kebutuhan HSI mungkin berbeda berdasarkan sifat tanaman yang perlu diukur atau dianalisis. Sangat penting untuk memahami bagaimana cahaya berinteraksi dengan tanaman dan memiliki beberapa pemahaman dasar tentang teknologi, iluminasi, dan alur kerja pemrosesan data HSI sebelum menyiapkan platform akuisisi dan pemrosesan data yang efektif untuk fenotip tanaman Anda.
Interaksi Cahaya dan Tumbuhan – Panjang Gelombang Spektral
Karakteristik fisik, kimia, dan biologis daun mempengaruhi bagaimana cahaya dipantulkan, diserap, atau ditransmisikan. Memahami interaksi ini sangat penting dalam memilih kamera hiperspektral dan panjang gelombang spektral yang tepat untuk aplikasi yang Anda inginkan. Untuk fenotip tanaman, rentang panjang gelombang yang paling berguna untuk dianalisis adalah wilayah cahaya tampak (VIS) (400–700 nm), wilayah inframerah-dekat (NIR) (700–1.000 nm), dan wilayah inframerah gelombang pendek (SWIR). (1.000–2.500 nm). Misalnya, wilayah VIS memberikan informasi tentang pigmentasi daun seperti klorofil atau karotenoid, sedangkan wilayah NIR dapat digunakan untuk menganalisis perubahan struktur sel tanaman. Tepi merah, yang merupakan bagian sempit antara daerah VIS dan NIR, biasanya digunakan untuk mendeteksi stres tanaman. Wilayah SWIR dapat digunakan untuk memperoleh informasi tentang kandungan air dan protein tanaman.
Teknologi Pencitraan Hiperspektral
Kamera hiperspektral adalah integrasi teknologi spektroskopi dan pencitraan digital. Kumpulan data yang dikumpulkan, umumnya dikenal sebagai hypercube atau kubus data, mencakup ratusan gambar dari panjang gelombang spektral yang berdekatan dan sempit (pita), memberikan distribusi 2D objek dari tanda tangan spektralnya. Ada banyak jenis kamera hyperspectral dan dapat diklasifikasikan berdasarkan cara mereka memperoleh hypercube. Kamera hiperspektral pushbroom (pemindaian garis) biasanya digunakan dalam penginderaan jauh atau jarak dekat dan memainkan peran dominan dalam fenotip tanaman. Kamera hyperspectral ini menangkap satu baris piksel setiap kali dan memperoleh hypercube dengan memindai satu baris melintasi objek.
Iluminasi Pencitraan Hiperspektral
Pencahayaan adalah salah satu aspek terpenting yang perlu dipertimbangkan dalam HSI dalam hal mendapatkan hypercube berkualitas tinggi. Sistem iluminasi yang ideal harus menyediakan cahaya yang tersebar total untuk memastikan bahwa objek diterangi secara merata. Selanjutnya, sumber cahaya harus dapat menerangi objek di seluruh panjang gelombang spektral yang diinginkan sambil mempertahankan keseragaman. Misalnya, pencahayaan halogen umumnya digunakan dalam aplikasi HSI dalam ruangan karena memancarkan cahaya dalam rentang VIS, NIR, dan SWIR tanpa puncak spektral yang tajam.
Pemrosesan Data Pencitraan Hiperspektral
Setelah hypercube diperoleh, hypercube harus melalui pemrosesan, yang biasanya mencakup pra-pemrosesan dan segmentasi. Pra-pemrosesan data, seperti metode standar normal variate (SNV), metode pemfilteran pemulusan, dll., bertujuan untuk meningkatkan kontras gambar dan menghilangkan noise. Segmentasi citra diterapkan untuk mengekstrak wilayah yang diinginkan, misalnya, menyegmentasikan tanaman hijau dari latar belakang yang tidak relevan. Vektor fitur diekstraksi dari tanda tangan spektral menggunakan metode seperti ekstraksi fitur fourier, ekstraksi fitur wavelet, transformasi komponen utama, dll.
Kamera Spectral Hyperspectral
Specim, penyedia solusi HSI terkemuka, menawarkan berbagai kamera hyperspectral pushbroom yang mencakup panjang gelombang mulai dari VIS hingga inframerah panjang gelombang panjang (LWIR). Dari kamera hiperspektral portabel Specim IQ yang cocok untuk penggunaan laboratorium dan lapangan/di lokasi hingga sistem hiperspektral penginderaan jauh dan udara , fenotip tanaman dengan HSI dibuat sederhana dengan Specim.
Gambar milik SPECIM, SPECTRAL IMAGING LTD.
Tertarik untuk mengetahui lebih lanjut tentang HSI atau memerlukan bantuan dalam menyiapkan sistem HSI untuk penelitian dan studi tanaman Anda? Hubungi spesialis kami untuk konsultasi gratis sekarang.
