低成本多光谱监测系统的开发与评估，用于农业应用

《Precision Agriculture》：Development and evaluation of a low-cost multispectral monitoring system for agricultural applications

设计并验证了低成本多光谱监测系统I-See-18B，发现其NDVI与商用设备GreenSeeker高度相关（R2=0.953），但向上传感器在高光照下饱和，向下传感器稳定，光谱归一化可优化性能。

　　

摘要

目的

商业多光谱监测系统的高成本限制了其在农业研究和生产系统中的广泛应用。

目标

本研究旨在设计并开发一种低成本的多光谱监测系统（I-See-18B），通过商业参考设备验证其响应能力，并在低光照和高光照条件下评估I-See-18B的性能，以确定该系统的操作极限。

方法

I-See-18B系统使用开源的、兼容Arduino的电子元件组装而成，成本约为250美元（仅包括零部件）。传感单元由向上的和向下的SparkFun Triad光谱传感器组成。该系统使用MAPIR灰度校准靶以及低成本的BEHR灰度和绿色色卡进行校准。2023年春季（低光照条件）和2025年夏季（高光照条件）在不同地表类型上进行了实地试验以评估系统性能。通过回归分析将I-See-18B测得的NDVI值与商业参考传感器（GreenSeeker）的测量结果进行了比较。

结果

使用I-See-18B在农田中测得的NDVI值与GreenSeeker的测量结果显示出强烈的相关性（R2 = 0.953），表明其适用于基于实地的植被监测。向上的传感器在低光照条件下保持了准确性，但在高光照条件下出现饱和现象；而向下的传感器在高光照和低光照条件下均能提供稳定的反射率数据。光谱带归一化方法有效减轻了光照的影响，表明可以省略向上的传感器，从而进一步降低成本。

结论

实地评估表明，尽管存在光照变化和传感器响应行为带来的限制，低成本I-See-18B系统仍能支持特定农业应用，用于评估土壤和作物的变化情况。