ハイパースペクトルカメラと偏光カメラの融合による植生光合成速度推定法の開発

结合高光谱和偏振相机估算植被光合作用速率的方法开发

基本信息

批准号：
22K19841
负责人：
彦坂幸毅
金额：
$ 4.16万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

植物の光合成やストレス状況を迅速にモニタする技術が必要とされている。これは、人口増加対策としての農業増産や地球環境変化による悪条件下での農業生産の向上に貢献する。広範囲かつ多数の個体を評価するためにはリモートセンシングが必要である。近年、クロロフィル蛍光と光化学反射指数（PRI）が植物の光合成速度やストレス状況の検出方法として注目されている。共に、光合成系の状態を反映して変化するパラメータであり、研究代表者は蛍光とPRIから光合成速度を推定するモデルを提案した（2019）。ハイパースペクトルカメラ（HSC）は、二次元の位置情報を持った画像に加えて、波長の情報を取得することができる。また、偏光カメラは被写体、つまり葉の傾きの情報を得ることができる。そこで着想したのが、ハイパースペクトルカメラと偏光カメラの情報からフィルターをかけることにより葉群最上部の葉のスペクトルと角度の情報を抽出し、その葉が受ける光強度と光合成速度を正確に推定する、という手法である。これが可能になれば、リモートセンシングにより高精度で葉群光合成速度を推定できると期待できる。また、情報は個葉レベルで得られるため、病害虫などの局所的なストレスの検知にも利用できると期待される。本研究では、以下の方法で葉群光合成速度を推定する方法を開発する。HSCと偏光カメラで葉群を同時に撮影し、画像を共有するシステムを構築する。②放射伝達モデルを用いて葉から発せられる光強度とその葉がうける光強度の関係を数式化し、各ピクセルの葉が受けた光合成有効放射を推定する。最上部の葉を含むとピクセルを選択し、クロロフィル蛍光とPRIを得る。研究代表者が発表したモデルを使い、クロロフィル蛍光とPRIから最上部の葉の光合成特性を推定する。De Puryのモデルを用いて葉群光合成速度を計算する。

需要快速监测植物中光合作用和应力情况的技术。这将有助于增加农业生产，以此作为打击人口增长并在不利条件下因全球环境变化而改善农业生产的一种措施。需要遥感来评估广泛的个体。近年来，叶绿素荧光和光化学反射指数（PRI）一直引起人们的注意，作为检测植物中光合作用率和应力情况的方法。两者都是变化以反映光合系统状态的参数，主要研究者提出了一个模型来估计荧光和PRI中的光合速率（2019）。高光谱摄像机（HSC）除了具有二维位置信息的图像之外，还可以获取波长信息。此外，偏振相机可以获取有关受试者倾斜的信息，即叶子。这个想法是通过从高光谱摄像头和偏振摄像机中滤出叶子顶部的叶片的光谱和角度的信息，并准确估计叶子收到的光强度和光合作用速率。如果可能的话，可以预期遥感将允许高精度估算叶面光合作用率。此外，由于可以在各个叶片水平上获得信息，因此预计将用于检测局部应力，例如疾病和害虫。在这项研究中，我们将开发一种使用以下方法估算叶组光合作用速率的方法：构建了使用HSC和偏振相机同时捕获叶子组并共享图像的系统。 2）使用辐射转移模型，制定了从叶子发出的光强度与叶片接收的光强度之间的关系，并估计每个像素的叶子接收到的光合有效辐射。选择包含顶叶的像素并获得叶绿素荧光和PRI。使用主要研究者发表的模型，根据叶绿素荧光和PRI估算顶叶的光合作用特性。使用de pury模型计算叶面的光合作用率。

项目成果

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专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Regional‐Scale Wilting Point Estimation Using Satellite SIF, Radiative‐Transfer Inversion, and Soil‐Vegetation‐Atmosphere Transfer Simulation: A Grassland Study

DOI：
10.1029/2022jg007074
发表时间：
2023-04
期刊：
Journal of Geophysical Research: Biogeosciences
影响因子：
0
作者：
T. Kiyono;H. Noda;T. Kumagai;H. Oshio;Y. Yoshida;T. Matsunaga;K. Hikosaka
通讯作者：
T. Kiyono;H. Noda;T. Kumagai;H. Oshio;Y. Yoshida;T. Matsunaga;K. Hikosaka

Plant and microbial community composition jointly determine moorland multifunctionality

DOI：
10.1111/1365-2745.13969
发表时间：
2022-08
期刊：
Journal of Ecology
影响因子：
5.5
作者：
Takehiro Sasaki;Naohiro I. Ishii;Daichi Makishima;Rui Sutou;Akihito Goto;Yutaka Kawai;Hayami Taniguchi;K. Okano;A. Matsuo;Alfred Lochner;Simone Cesarz;Y. Suyama;K. Hikosaka;N. Eisenhauer
通讯作者：
Takehiro Sasaki;Naohiro I. Ishii;Daichi Makishima;Rui Sutou;Akihito Goto;Yutaka Kawai;Hayami Taniguchi;K. Okano;A. Matsuo;Alfred Lochner;Simone Cesarz;Y. Suyama;K. Hikosaka;N. Eisenhauer

光化学反射指数(PRI)の色素量変動補正法の探索および補正された PRI を用いたブナ林の観測

寻找校正光化学反射指数 (PRI) 色素变化的方法，并使用校正后的 PRI 观察山毛榉林