Методика получения пространственного распределения концентрации хлорофилла с помощью изображающих спектрометров в задачах экомониторинга

Содержание хлорофилла является индикатором состояния экосистемы, позволяющим детектировать происходящие в ней процессы на ранних стадиях. Для задач мониторинга и управления ресурсами информация о пространственно-временном распределении хлорофилла должна быть получена высокопроизводительным неразрушающим методом. Эффективным способом определения хлорофилла in vivo может стать гиперспектральная диагностика, однако на сегодняшний день нет стандартной методики получения карт хлорофилла с помощью спектральных изображений, обеспечивающей сравнимые с классическими методами точности. В данной работе предложен метод, состоящий из съемки образцов акустооптическим гиперспектрометром, определения эталонных значений концентрации хлорофилла с помощью спектрофотометрии и алгоритма обработки спектральных данных с получением результирующего пространственного распределения. Кроме того, описана методика определения наиболее информативных для расчета концентрации хлорофилла длин волн, использование которой повышает производительность и точность измерений, а информация о выбранных длинах волн может быть полезна при конструировании мультиспектральных изображающих систем. В ходе апробации метода на образцах гибискуса (Hibiscus rosa-sinensis) были получены пространственные распределения содержания хлорофилла, среднее значение по которым определено с нормализованным стандартным отклонением 9,96%.

The chlorophyll content is an indicator of the ecosystem state that detects its processes at early stages using ecosystem simulation models. Monitoring and management of ecosystem resources requires information on the chlorophyll spatio-temporal distribution obtained by a high-performance non-destructive method. An effective way to determine chlorophyll in vivo is hyperspectral diagnostics, but there is no standard method that uses spectral images and provides accuracy comparable to classical methods. The proposed method consists of spectral data acquisition with an acousto-optical hyperspectrometer, determining reference values of chlorophyll concentration using spectrophotometry and data processing algorithm to obtain the spatial distribution. We recommend to include in the methodology the step of selecting the most informative wavelengths to improve the efficiency and accuracy of chlorophyll content estimation. During the testing of the method on hibiscus samples, spatial distributions of chlorophyll content were obtained, the average value was determined with a normalized root mean squared error of 9,96%.