Hyperspectral Remote Sensing for Monitoring Crop Disease: Applications, challenges, and perspectives

高光谱成像 遥感 稳健性(进化) 精准农业 作物 环境科学 粮食安全 农业工程 计算机科学 光谱特征 光谱特性 农业 深度学习 人工智能 植物病害 统计学习 随机森林 灵敏度(控制系统) 遥感应用 农作物产量 大气校正 机器视觉
作者
Yali Bai,Pablo J. Zarco‐Tejada,Josep Peñuelas,Matthew F. McCabe,Malcolm J. Hawkesford,Clement Atzberger,T. Poblete,Lalit Kumar,Matthew Reynolds,Chenwei Nie,Yang Song,Dameng Yin,Dongxiao Zou,Shuaibing Liu,Qingzhi Liu,Bedir Teki̇nerdoğan,Xiuliang Jin
出处
期刊:IEEE Geoscience and Remote Sensing Magazine [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:14 (1): 96-120 被引量:11
标识
DOI:10.1109/mgrs.2025.3603640
摘要

Crop disease presents significant threats to global food security and agricultural sustainability. Traditional monitoring methods, reliant on visual inspections and laboratory analyses, are labor intensive and unsuitable for large-scale implementation. Hyperspectral remote sensing has emerged as a promising tool for operational crop disease monitoring. Here, we provide a broad review, starting with a hyperspectral-based description of observable symptoms of common crop disease and then examining hyperspectral features, including spectral and textural features, pigment light absorption, solar-induced chlorophyll fluorescence (SIF), temporal information, and auxiliary data. We also analyze the algorithms used for disease detection, including traditional statistical methods, machine learning (ML)-based methods, and physically based methods. The review highlights the effectiveness of these methods in distinguishing various stressors, detecting early disease, assessing crop resistance, and monitoring large-scale disease. Additionally, we present two case studies of ­uncrewed aerial vehicle (UAV)-based hyperspectral imaging for maize leaf spot monitoring. Based on a quantitative literature review, we summarize current research trends. Future research should emphasize integrating physical models with deep learning (DL), ensuring the sensitivity and robustness of spectral features and promoting international data sharing.
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