Abstract Proximal sensing is increasingly highlighted, owing to its potential for various applications in precision agriculture. However, the uses of its related special devices like visible/near-infrared (VNIR) cameras for crop mapping are yet limited in practice, due to their high costs in market. To handle this issue, this case study was dedicated to modifying a low-cost RGB camera as a VNIR one in a do-it-yourself (DIY) way – replacing its infrared-blocking optical filter with a red-blocking one – for estimating leaf-level chlorophyll content. To enhance its performance, the angular effect that proved to impact the quality of imaging in conventional remote sensing was examined here. Specifically, in the cases of 120 individual leaves for four plant species, 24 vegetation indices (VIs) were proposed and derived from the three bands (blue, green, and near-infrared) of the collected images; then, the same operation was repeated for a set of leaf inclinations (θ, the angle between the optical axis of the camera and the normal vector of the leaf-fixed plate, set from 0°, 5°, …, to 50°). The results showed that for each of the four plant species, different optimal VIs for leaf chlorophyll content retrieval were detected for different geometries of leaf reflectance. This suggested that more modular retrieval models capable of integrally reflecting the angular effect best should be developed for accurately sensing of leaf biochemical content. Overall, the contribution of this study is of fundamental implications for advancing quantitative proximal sensing in plant biochemistry and precision agriculture.

中文翻译：

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使用低成本 DIY 可见光/近红外相机对叶级叶绿素含量进行近端传感的角度效应

摘要 近端传感因其在精准农业中的各种应用潜力而日益受到重视。然而，其相关的特殊设备，如可见/近红外（VNIR）相机用于作物测绘，由于其市场成本高，在实践中的应用还很有限。为了解决这个问题，本案例研究致力于以自己动手 (DIY) 的方式将低成本 RGB 相机改装为 VNIR 相机——用阻红滤光片替换其红外阻隔滤光片——用于估计叶级叶绿素含量。为了提高其性能，这里检查了被证明会影响传统遥感成像质量的角效应。具体而言，在四种植物物种的 120 个单叶的情况下，提出了 24 个植被指数 (VI)，并从三个波段（蓝色、绿色、和近红外）收集的图像；然后，对一组叶片倾角重复相同的操作（θ，相机光轴与叶片固定板法向量之间的角度，设置为 0°、5°、……到 50°） . 结果表明，对于四种植物中的每一种，对于不同几何形状的叶片反射率，检测到不同的叶片叶绿素含量检索最佳 VI。这表明应该开发能够最好地整体反映角度效应的模块化检索模型，以准确感知叶片生化含量。总体而言，这项研究的贡献对于推进植物生物化学和精准农业中的定量近端传感具有根本意义。对一组叶片倾角（θ，相机光轴与叶片固定板法向矢量之间的角度，设置为 0°、5°……到 50°）重复相同的操作。结果表明，对于四种植物中的每一种，对于不同几何形状的叶片反射率，检测到不同的叶片叶绿素含量检索最佳 VI。这表明应该开发能够最好地整体反映角度效应的模块化检索模型，以准确感知叶片生化含量。总体而言，这项研究的贡献对于推进植物生物化学和精准农业中的定量近端传感具有根本意义。对一组叶片倾角（θ，相机的光轴与叶片固定板的法向量之间的角度，设置为 0°、5°、……到 50°）重复相同的操作。结果表明，对于四种植物中的每一种，对于不同几何形状的叶片反射率，检测到不同的叶片叶绿素含量检索最佳 VI。这表明应该开发能够最好地整体反映角度效应的模块化检索模型，以准确感知叶片生化含量。总体而言，这项研究的贡献对于推进植物生物化学和精准农业中的定量近端传感具有根本意义。到 50°）。结果表明，对于四种植物中的每一种，对于不同几何形状的叶片反射率，检测到不同的叶片叶绿素含量检索最佳 VI。这表明应该开发能够最好地整体反映角度效应的模块化检索模型，以准确感知叶片生化含量。总体而言，这项研究的贡献对于推进植物生物化学和精准农业中的定量近端传感具有根本意义。到 50°）。结果表明，对于四种植物中的每一种，对于不同几何形状的叶片反射率，检测到不同的叶片叶绿素含量检索最佳 VI。这表明应该开发能够最好地整体反映角度效应的模块化检索模型，以准确感知叶片生化含量。总体而言，这项研究的贡献对于推进植物生物化学和精准农业中的定量近端传感具有根本意义。这表明应该开发能够最好地整体反映角度效应的模块化检索模型，以准确感知叶片生化含量。总体而言，这项研究的贡献对于推进植物生物化学和精准农业中的定量近端传感具有根本意义。这表明应该开发能够最好地整体反映角度效应的模块化检索模型，以准确感知叶片生化含量。总体而言，这项研究的贡献对于推进植物生物化学和精准农业中的定量近端传感具有根本意义。