[發明專利]一種設施作物生長信息無損檢測裝置和方法

有效

• 申請號: 201110363764.3
• 申請日: 2011-11-17
• 公開（公告）號: CN102384767A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發明（設計）人: 張曉東;毛罕平;左志宇;高洪燕;朱文靜;周瑩
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

1.?一種設施作物生長信息無損檢測裝置，其特征在于包括電控機械搖臂、生長信息傳感系統和控制計算機三個部分，其中生長信息傳感系統和控制計算機安裝在電控機械搖臂上；

其中電控機械搖臂包括三腳架、垂直升降桿、水平移動桿、電控云臺A和電控云臺B；其中三腳架安裝在電控機械搖臂的底部，其底端安裝有三個萬向輪，三腳架上端中心有固定內螺紋孔，下端中心有軸套，套接安裝垂直升降桿；垂直升降桿為絲杠結構，其頂端通過十字連接件連接水平移動桿；水平移動桿為絲杠結構，位于垂直升降桿的頂端和電控機械搖臂的最上方；所述電控云臺A通過內螺紋滑塊安裝在水平移動桿的絲杠上，電控云臺B通過內螺紋滑塊安裝在垂直升降桿的絲桿上；

其中生長信息傳感系統包括多傳感器單元、數據采集卡和光源，多傳感器單元安裝在電控機械搖臂的電控云臺A和電控云臺B上；光源安裝在電控云臺A上，位于多傳感器單元的正下方；數據采集卡與多傳感器單元連接，安裝所述電控機械搖臂的三腳架上方；

其中控制計算機安裝在電控機械搖臂的三腳架上方，與數據采集卡、運動控制卡和多光譜成像儀A、多光譜成像儀B通過USB總線相連。

2.??根據權利要求1所述的一種設施作物生長信息無損檢測裝置，其特征在于所述多傳感器單元包括由多光譜成像儀A、多光譜成像儀B、紅外溫度探測器A、紅外溫度探測器B、紅外溫度探測器C、輻照度傳感器、溫濕度傳感器、荷重傳感器、遮光罩和標尺；其中多光譜成像儀A、紅外溫度探測器A、紅外溫度探測器B、輻照度傳感器、溫濕度傳感器、遮光罩安裝在所述電控機械搖臂的電控云臺A上，固定在電控云臺A的下方，處于俯視位置；所述多光譜成像儀B、紅外溫度探測器C安裝在電控機械搖臂的電控云臺B上，固定在電控云臺B的左側，處于側視位置；所述荷重傳感器位于檢測樣本果實的下方，通過支撐桿垂直固定在溫室土槽中；所述標尺固定在檢測樣本旁垂直與地面，與檢測樣本平行。

3.一種設施作物生長信息無損檢測方法，其特征在于按照下述步驟進行：

（1）利用多光譜成像儀A和多光譜成像儀B，采集檢測樣本的俯視和側視視場的可見光-近紅外反射光譜和多光譜圖像，并通過USB總線上傳控制計算機，據此可判斷檢測樣本的氮、磷、鉀營養水平和冠層面積、果實形態信息；

（2）利用紅外溫度探測器A、紅外溫度探測器B、紅外溫度探測器C采集檢測樣本的冠層溫度信息；利用荷重傳感器，采集檢測樣本的果實質量信息；利用輻照度傳感器和溫濕度傳感器，采集檢測樣本生長環境的光照和溫濕度信息；將上述信息輸入數據采集卡進行數字化轉換后，通過USB總線上傳控制計算機；

（4）對采集的可見光-近紅外反射光譜和多光譜圖像進行分析處理，控制計算機提取檢測樣本的氮、磷、鉀的光譜特征波長和多光譜圖像的顏色、紋理、灰度均值及融合特征，利用同步獲取的光強信息進行特征補償，進而將提取的氮磷鉀的光譜特征波長、多光譜圖像的顏色、紋理、灰度均值及融合特征進行優化，構建氮磷鉀光譜和圖像組合特征空間；

（5）利用采集的可見光-近紅外反射光譜和檢測樣本的冠層溫度信息，控制計算機提取檢測樣本水分的光譜特征和冠層溫度特征，結合環境溫濕度信息，獲取冠-氣溫差和飽和水汽壓；利用同步獲取的環境光照信息進行特征補償，通過特征優化構建水分的光譜和冠層溫度組合特征空間；

（6）利用采集的多光譜圖像和果實質量信息，結合參考標尺，控制計算機提取檢測樣本的冠層面積、莖粗、株高、果實形態和質量數據；并根據連續觀測數據，求得冠層面積擴張速率、植株生長速率和果實生長速率；

（7）利用獲取的作物氮、磷、鉀營養、水分和長勢信息，利用控制計算機進行連續監測記錄，作為檢測樣本的生長信息的檢測數據。

4.根據權利要求3所述的一種設施作物生長信息無損檢測方法，其特征在于其中步驟（4）中所述的采用的反射光譜的分析處理方法包括：首先進行濾波，之后進行逐步回歸和主成分分析；多光譜圖像的分析處理方法包括：首先增強多光譜圖像并進行像素級圖像融合，之后通過超綠特征和二維直方圖分割背景，最后進行顏色（灰度）均值計算、紋理分析和融合特征分析。