[發明專利]一種主動光源式作物冠層反射光譜測量裝置用信號處理系統及方法

有效

• 申請號: 201310216682.5
• 申請日: 2013-05-31
• 公開（公告）號: CN103308465A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 朱艷;丁永前;曹衛星;李楊;王致情;譚星祥;倪軍
• 申請（專利權）人: 南京農業大學
• 主分類號: G01N21/27
• 分類號: G01N21/27
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 夏平

1.一種主動光源式作物冠層反射光譜測量裝置用信號處理系統，所述主動光源式作物冠層反射光譜測量裝置包括LED發光陣列（5）和光電敏感器件（6），其特征是所述的信號處理系統包括主動光源控制電路（1）、主動光源調制電路（2）、反射光譜響應處理電路（3）和主控制器（4），所述的主動光源控制電路（1）和主動光源調制電路（2）串接，用于控制LED發光陣列（5）的點亮模式；光電敏感器件（6）用于接收LED發光陣列（5）的光信號，所述光電敏感器件（6）的信號輸出端與反射光譜響應處理電路（3）的信號輸入端相連，反射光譜響應處理電路（3）用于將光電敏感器件（6）的電流信號轉換為電壓信號，反射光譜響應處理電路（3）的信號輸出端與主控制器（4）的控制信號輸入端相連，所述主控制器（4）的控制信號輸出端與主動光源控制電路（1）的控制信號輸入端相連。

2.根據權利要求1所述的主動光源式作物冠層反射光譜測量裝置用信號處理系統，其特征是所述的反射光譜響應處理電路（3）包括依次串接的一級放大電路、高通濾波電路、二級放大電路和A/D采樣電路。

3.根據權利要求1所述的主動光源式作物冠層反射光譜測量裝置用信號處理系統，其特征是所述的主動光源控制電路（1）包括依次串接的恒流控制電路和定時開關電路，所述的恒流控制電路的控制信號輸入端與主控制器的控制信號輸出端相連，該恒流控制電路用于產生LED發光陣列所需要的恒定電流，電流大小由主控制器調節，所述的定時開關電路的信號輸出端作為主動光源控制電路（1）的輸出與主動光源調制電路（2）的信號輸入端相連，該定時開關電路周期性啟閉LED發光陣列的恒流供電，使LED發光陣列間隙性工作。

4.根據權利要求1所述的主動光源式作物冠層反射光譜測量裝置用信號處理系統，其特征是所述的主動光源調制電路（2）為高頻調制電路。

5.一種主動光源式作物冠層反射光譜測量裝置用信號處理方法，應用權利要求1所述的主動光源式作物冠層反射光譜測量裝置用信號處理系統，其特征是它包括以下步驟：

（A）、用戶向主控制器（4）輸入控制信號，使LED發光陣列（5）處于間隙式高頻脈動點亮模式，設定的參數包括LED點亮時的調制頻率和LED光源的啟閉時間；

（B）、主控制器（4）輸出控制信號至主動光源控制電路（1），主動光源控制電路（1）根據LED點亮時的調制頻率產生LED發光陣列所需要的恒定電流和啟閉控制信號，采用主動光源調制電路（2）對LED發光陣列（5）的發光進行高頻調制，之后，輸出控制信號驅動LED發光陣列（5），使之處于間隙式高頻脈動點亮模式；

（C）、光電敏感器件（6）接收LED發光陣列（5）的光信號，并輸出至反射光譜響應處理電路（3），光譜響應處理電路（3）將光電敏感器件（6）輸出的電流信號轉換為電壓信號；

（D）、反射光譜響應處理電路（3）將電壓信號輸出至主控制器（4），在主控制器（4）中，首先，對反射光譜響應處理電路（3）輸出的電壓信號幅值M_λ進行提取，M_λ表示波長為λ的主動光即LED光被反射后引起的響應幅值，該電壓信號幅值M_λ由公式（a）表示為：

Mλ=YH_val‾-YL_val‾---(a)]]>

其中：

YH_val={y|y≤α(YH‾-Y‾),y≥(1+β)(YH‾-Y‾),y∈YH}---(b)]]>

YL_val={y|y≤α(Y‾-YL‾),y≥(1+β)(Y‾-YL‾),y∈YL}---(c)]]>

Y：表示反射光譜響應處理電路（3）輸出信號，即A/D采樣后的電壓信號點集，是Y的平均值；

Y_H：表示電壓信號點集中量值大于的數據點集，是Y_H的平均值；

Y_L：表示電壓信號點集中量值小于的數據點集，是Y_L的平均值；

Y_{H_val}和Y_{L_val}：分別表示利用公式（b）和公式（c）運算的結果，和分別表示Y_{H_val}和Y_{L_val}的平均值；

α和β為計算因子，滿足α<1,β<1,α+β≤1。

（E）、將被LED發光陣列（5）照射的對象設置為作物冠層，按照步驟（A）-（D）對作物冠層進行照射和反射光采集，獲取波長為λ的主動光被作物冠層反射后引起的響應幅值M_cλ；

將被LED發光陣列（5）照射的對象設置為標準白板，按照步驟（A）-（D）對標準白板進行照射和反射光采集，獲取波長為λ的主動光被標準白板反射后引起的響應幅值M_wλ；

計算波長為λ的主動光即LED光對作物冠層的光譜反射率R_λ，Rλ=McλMwλ.]]>