背景

传统的农业耕作方式存在成本高、效益低且环境污染等诸多问题，由粗放式传统农业向信息化精准农业转化是农业发展的必然趋势。精准农业，能够快速获取作物信息并进行分析，是其发展的必要条件。红外热成像技术具有快速响应的优点，并可通过手持或机器搭载的方式，做到无接触、无损地获取作物热像信息。另外，在所有监测作物指标中，作物的表面温度被认为是响应的指标，能够在作物出现肉眼可视症状前察觉到作物的胁迫。因此，红外热成像技术被认为是精准农业发展中前景的技术手段之一。

干旱、冻害以及侵染性病害会对农作物的生理造成影响，其中部分生理影响使作物表面温度产生的变化相较于正常作物的温度十分显著，因此红外热成像技术可用于监测作物生长或作物储存的部分生理状况，并且有助于实现农业监测方面的智能化、信息化管理作业。

• 农业中的热红外成像技术

热红外成像技术具有无损、反应快速、远距离监测以及绿色分析等特点，目前已在农业监测的领域中得到广泛使用，可以监测作物的生理信息与生态胁迫。应用热红外成像技术的主要目的使获取对象的温度并进行进一步的分析，其分析难点在于图像的分割方法、特征提取和计算指标或建模等。

• 热成像技术在农业中应用场景

1. 农作物生长监测

农作物在生长过程中受环境和气候的影响较大，并在农产品的质量和产量上间接反映出来。因此，及时获取农作物相关信息对农业生产的调控起到积极的信息参考作用。运用高分辨率的红外热像仪，可以快速、准确地测定农作物表面温差变化，并同步监测环境因子（土壤水分含量和气候条件），实时监测农作物的生长状况，以探索环境因子对农作物生理指标的影响，从而预测植物的生长趋势，并及时反映作物是否受干旱、高温等环境的胁迫和生理胁迫。例如，作物冠层温度与土壤水分密切相关，冠层温度的变化直接反映了作物对土壤分布的需求，因此可以用热成像技术对农作物的生长情况进行监控。热成像技术还能有效识别作物在轻微、中等和严重等3种级别的水分胁迫时的生长情况，为细化农田的排水节水提供参考。此外，在果蔬成熟期，通过热成像技术对其进行热温的测定可以评估气候对果蔬的胁迫情况。

2. 苗圃温室大棚监控

在苗圃温室大棚内，由于种子和幼苗对微气候的变化非常敏感，实时记录温室气候参数情况及气象条件超限报警，是规模化农业生产和科学化管理的手段。利用红外热成像技术准确监控温室内待定区域的热量异常现象，可以大大提高温室作物的生产品质和生产效率。例如，针对马铃薯块茎繁殖的热辐射特征，利用红外热像仪监控马铃薯块茎在萌芽、出苗和孕蕾时期的热红外信息，指导控制土壤温度水分、温室气候和光照条件，可以大大提高马铃薯块茎的繁殖存活率。

3. 农作物病虫害预防

农作物病虫害是现代农业的主要灾害之一，具有种类多、影响大和时常爆发成灾的特点，其发生范围和严重程度对农业生产常造成重大损失，因此必须建立可靠的病虫害监测预防机制。红外热成像技术作为一种有效的预防性维护技术，可以在病虫害扩散前快速、准确、安全地找到病虫害源头。例如，烟草植物在感染TMV病毒后，叶子中回产生水杨酸，导致新陈代谢终止，叶片气孔关闭，呼吸停止，从而使叶面温度升高，可以用红外热成像技术进行预测研究。

• 应用热成像技术主要优势

1. 不接触目标对象监测，对其无损伤；
2. 能实现大面积、远距离的监测；
3. 测量速度相对较快、测温精度相对较高；
4. 与可见光成像技术相比，环境适应性相对较强，能全天候工作；

• 应用的局限性

1. 成像系统易受环境影响较大，尤其是在复杂的环境中难以实现精确的测量；
2. 该技术是利用物体不同部分表面的红外辐射差异成像，因此对在常温下各部分温度差异不明显的目标难以准确成像；
3. 该技术对温度不稳定的物质的监测能力较弱；
4. 红外热像仪比同级别的可见光摄像头的价格相对较高。