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RGB轉多光譜水稻田模型

🌾 RGB-to-Pseudo-Multispectral Reconstruction Model

本模型以一般 RGB 影像推估 12 個可見光窄波段反射值,生成 pseudo-multispectral 影像,作為多光譜資料的替代性來源。輸出屬近似重建,非真正高光譜影像還原;資料來源為水稻影像並經遮罩處理,故模型適用範圍以 水稻田場景為主,不建議直接外推至其他作物或非農地場域。


📐 模型設計概念

  • 採 監督式深度回歸架構,非對抗式 GAN 模型
  • Encoder–Decoder + 多層殘差特徵融合
  • 以 RGB (3 bands) → 12 bands 映射方式推估反射趨勢
  • 著重於光譜分布與能量結構之重建,而非物理量測替代

可理解為:由三通道可見影像近似推回十二窄波段資訊


🗂 輸出資料格式

  • Output Tensor:[12, H, W]
  • 為 pseudo-multispectral 資料,可計算植生指數、特徵統計
  • 結果為推估值,受光照、鏡頭響應、域差異影響
  • 訓練資料採 ENVI 格式並含完整波長標註

```text wavelength = {487.56, 489.64, 501.94, 513.75, 527.11, 539.70, 564.89, 577.97, 590.59, 602.14, 614.99, 624.77} fwhm = {12.91, 9.19, 11.24, 10.50, 8.45, 6.78, 7.15, 7.15, 8.82, 9.19, 10.87, 14.21} default bands (RGB view) = {9, 6, 3}

(左圖:生成類多光譜影像;右圖:以HP280拍攝之快照式多光譜影像)

附圖(示意): 北溝田區多光譜生成圖

📊 模型量化評估與表現分析

模型訓練採 PSNR (Peak Signal-to-Noise Ratio) 作為主要評估指標,以衡量重建影像與真值之亮度誤差,同時輔以 RMSE、UIQI 以及 Spectral-PSNR 佐證光譜層級一致性與結構還原品質。整體訓練過程中,PSNR 隨 epoch 穩定提升,RMSE 持續下降,UIQI 在後期快速上升並逐漸收斂,顯示模型能逐步學習 RGB 與 12 波段之間的映射關係,重建性能具備穩定性與可預期性。

| 評估指標 (Metric) | 訓練趨勢 (Trend) | 最終表現 (Final Performance) | |-------------------|----------------|-------------------------------| | PSNR | 持續上升並收斂 | 約 28–29 dB | | Spectral-PSNR | 光譜一致度良好 | 約 33–34 dB | | RMSE | 緩步下降 | 約 0.04 | | UIQI | 結構相似度明顯提升 | 約 0.9 |

綜合上述結果,模型能 有效逼近 12 波段反射分布,輸出影像呈現合理光譜差異,具備可供下游植生分析使用之品質,可應用於 水稻病蟲害早期偵測、水分監控、時序生長監測等場景。然而,由於本研究資料來源集中於特定場域,若擬跨田區或跨季節部署,仍建議 搭配少量實際量測樣本進行校正或重新微調模型,以降低域轉移影響,提升泛化能力。

資料與資源

基礎工具

  • view?usp=drive_link

    模型執行說明 此模型為以 PyTorch 2.2.0 架構訓練之生成式神經網路(Spectral Generative Network,...

額外的資訊

欄位 值
最後更新 12月 10, 2025, 10:34 (+0800)
建立 11月 10, 2025, 20:05 (+0800)

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