高光谱遥感技术在室内烟草中的应用

1.1 烟叶中烟碱等生化成分的检测

烟碱作为烟草特有的化学成分，对烟叶的刺激性、生理强度以及香吃味都有很大的影响。有研究表明，烟叶中的烟碱含量介于1.5%-3.5%之间时，烟叶为优质水平;烟碱含量过低时，则吸食平淡乏味;烟碱含量过高时，则烟气劲头过大。近年来，随着高光谱遥感技术的发展，基于高光谱原理的无损伤测试技术已经逐步在农业上得到应用，目前国内外学者已经对多种作物进行了光谱反射率及化学组分的相关性研究。

高光谱预测在烟草上的应用尚处于起步阶段，李向阳等采用逐步回归方法建立了K326烤烟叶片烟碱含量的回归方程，认为一阶导数光谱回归模型的模拟效果较好，但要达到田间实时实地检测，还要考虑外界环境的影响[7j。吴玉萍等指出，不同品种烤烟间的烟碱含量差异显著，因此研究不同

品种烤烟的大田环境光谱预测模型很有必要川。刘良云等认为，460\740 nm波段光谱反射率与烟碱和全氮含量呈极显著负相关，430-710 nm波段光谱透过率与全氮含量呈极显著负相关、与烟碱含量呈显著负相关。有研究表明，利用PPR(550,450)和NRI(近红外)建立的烟叶氮素、烟碱、钾离子含量的光谱预测模型都有很好的稳定性。辛荣等指出，利用多元分析中的逐步回归法、主成分分析法建立全氮预测模型的效果较好。此类研究虽然较多，但尚未见涉及不同光照强度处理下高光谱对烟碱含量的预测模型。由于光照强度对烤烟烟碱含量的影响较大，且光照强度过低会导致烟碱含量升高，烟叶品质下降，因此本试验采用在大田中使用不同层数的纱布遮阴处理烟叶，通过对不同生育期内光谱反射率的测定研究烤烟烟碱含量与光谱之间的关系，旨在建立一个精确的烟碱高光谱参数预测模型，为快速测定烤烟叶片中的烟碱含量提供新的研究方法和思路。

1.2 烟叶等级分类检测

烟草作为人们的日常生活用品，其质量直接影响到人们的身心健康。其烟草中尼古丁、烟焦油、苯并花、甲醛、氰化钾、丙烯、汞、铅砷等一些有害和致癌的化学成分的多少决定了烟叶质量的好坏。化学成分较高的烟叶会导致肺癌及多种恶性肿瘤、慢性阻塞性肺疾病、心血管病脑血管病等多种疾病。同样，对于被动吸烟也会产生同样的危害，在二手烟中存在很多危害内部器官的化学物质，即便是短时间的接触，也会引起人呼吸道损伤、血液粘稠度增加、血管内膜受损等问题。烟叶质量的好坏不仅影响烟草行业的发展，还进一步影响到人们的身心健康。因此我们有必要在烟叶收购的过程中做好烟叶分级的工作，在烟叶分级的过程中应制定一份实用有效的工作方案，运用现在工业化发展提升烟叶分级速度和避免一些人为的客观性因素。

早在半个世纪之前，利用近红外光谱分析技术对烟草进行了大量的无损检测研究，国外的许多学者根据不同烟草类型建立了相应近红外光谱分析模型对烟叶所属的品种（白肋烟、烤烟）或不同产地（美国本地、非美国产）均得到了较好的正确判别结果，相对而言，国外的应用水平较为领先。国内近红外光谱分析技术应用于烟草始于1995年，经过几十年的发展，国内烟草行业目前对近红外技术的应用已十分广泛。尽管近红外光谱技术用于烟草行业的无损快速检测能够应用于过程分析，然而非成像近红外光谱技术不适合于定量分析和分散性样品分析，由于外界因素的干扰不能有效剔除，其模型建立后需要不断进行维护修正并且测试灵敏比较低，相对误差比较大。近年来，高光谱成像技术不仅在农产品安全检测方面的应用取得了良好效果，也大量应用在农情监测作物长势的性状信息研究中。随着成本的降低，从最初航空、卫星遥感的应用平台，扩展到为近地应用提供了可能。将高光谱成像技术应用到烟草行业的品质与安全性检测中，可以综合得到产品内外品质的全面检测信息，这种内外品质信息兼备的特征，使得高光谱图像技术在烟草行业的无损检测方面具有较大的应用前景。现阶段利用高光谱成像技术进行烟草行业的无损检测还处于研究和发展阶段，随着光谱分辨率的不断提高，高光谱成像能够记录的烟草品质信息会越来越丰富。

研究展望

    研究表明，光照、水肥因素、品种类型、生育时期等都对烟草光谱特征存在一定的影响，利用高光谱技术可以对烟草的长势、养分状况、烟叶的产量和品质进行较为准确的诊断和监测，具有广阔的应用前景。目前，高光谱技术在烟草中开展了更加广泛的研究，提出了一系列的监测和估算模型，但是由于每种模型都有特定的研究方法和适用条件，很难找到通用的模型，因此还需要建立更加全面和更大规模的样本参数进行修正，以降低实际生产中的等级分类、品种类型、生态条件和栽培管理的差异。今后烟草高光谱技术的研究要着重完善和扩充烟草光谱数据库，加强高光谱相关数据的采集和挖掘，并加强与GIS、GPS技术的结合应用，推动高光谱技术在烟草中的应用。