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（Precision Agriculture，简称PA），能够快速获取作物信息并进行解析，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最快的指标，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最有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存储的部分生理状况，并且有助于实现农业监测方面的智能化、信息化管理作业。

本文介绍了热红外成像技术的基本原理和常用的图像处理手段，总结了红外热成像技术在目前国内外农业中的研究与应用进展（包括水分胁迫、侵染性病害监测、冻害胁迫、产量预测），分析了红外热成像技术在农业领域的开发与应用中所面临的难题和未来发展趋势。

红外热成像技术在农业中的研究和应用广泛，以下主要从水分胁迫监测、侵染性病害监测、冻害胁迫监测、测产以及其他等方面介绍和讨论，如表所示。

水分胁迫监测

水具有较高的比热容、稳定的化学性质、高溶解性以及巨大的汽化潜热，其性质奠定了蒸腾作用的物理基础。作物对水分含量十分敏感，水分对其生长趋势具有显著的影响。同时作物水分胁迫状态也是农田灌溉调度、产量预测等方面的重要指标。因此，在农业热红外监测中，水分胁迫状况是重要的监测指标之一。

侵染性病害监测

病害的监测在农业中占有重要地位，在早期发现病害引起作物生理上的变化，就能进行预防治疗，减小其对产量的影响。通常可将作物病害分为侵染性病害与非侵染性病害。非侵染性病害通常由环境因素导致，如水分胁迫。侵染性病害则是由病原生物侵染宿主所引起的病害。对于侵染性病害，在传统目测监测方法中，如能观察到叶表发生的变化，则此时大多数作物病害已处于较严重的时期。

在病毒监测中，红外热成像技术可获取病毒感染部位的温度随时间变化情况，将其与可见光图片作对比，可验证将红外热成像技术应用于早期检测中的可行性。红外热成像技术在病毒早期监测中具有良好的效果，为基于机器视觉的病毒早期监测提供了较可见光监测更具有时效性的监测手段。

冻害胁迫监测

冻害胁迫指的是作物长时间在0℃以下，植物体内的水因温度过低而发生固体变化形成冰核导致其丧失生理活性，植物内部的冰晶形成与发展还与一种细菌有关，最终引发植株的死亡。用热像仪观察冰核的形成与冰冻传播特征，有利于更好地探索作物冻害胁迫的实质。通过观察恢复常温后的作物生存状况是一种检测作物抗冻性的常用方法。用热像仪研究抽穗后小麦的局部冻害胁迫特征。通过热成像观察两种小麦的茎和麦穗在7种0℃以下气温中冰核形成过程。结果表明，这两种小麦在－5℃时达到承受冻害胁迫的极限，比在其他温度下更具有抗冻性，并且认为大多数品种的小麦都应具有相似的特点。在基于多元数据的遥感监测中，红外热成像遥感反演技术与其他遥感技术相结合可被用于冻害胁迫的监测。

产量预测

基于统计学的抽样调查测产法具有较高精度的预测结果，但该方法需要消耗大量的人力物力，且效率低下，性价比低。通过获取作物的红外热成像信息特征进行测产，可明显提高效率。

在产量预测中，由于红外热成像提取的特征与某种胁迫有关，因此基于红外热成像技术产量预测的实质是研究预测产量与胁迫之间的关系，胁迫通常是水分胁迫。有学者最早通过红外热成像技术提取特征值测产，利用胁迫积温指数（Stress Degree Day，简称SDD）来调度灌溉量，并发现该指数与产量成负相关关系。假设将衡量水分胁迫状况的指数作为产量预测的特征值，则在作物的哪个生长阶段获取该特征值便是第2个研究点。用红外热成像技术研究不同的转基因玉米，发现在玉米籽粒形成期的水分胁迫指数与玉米的产量存在负相关关系，且相关性达到了显著水平。

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