[實用新型]一種基于光譜成像技術(shù)的植物健康狀況檢測裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320042541.1
• 申請日: 2013-01-23
• 公開（公告）號: CN203178188U
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔣煥煜;盧勁竹
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64;G01N21/88
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 林懷禹

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種基于光譜成像技術(shù)的檢測裝置，特別是涉及一種基于光譜成像技術(shù)的植物健康狀況檢測裝置。

背景技術(shù)

植物體內(nèi)能激發(fā)熒光的物質(zhì)主要有多酚類以及光合色素，包括類胡蘿卜素和葉綠素(Lichtenthaler,1998)。在一個或多個波段的激發(fā)光激發(fā)下，可以得到不同波段下的熒光光譜。

激發(fā)光源的發(fā)展由氙氣燈、鹵素?zé)舻阶贤鉄簟⒓す猓≒ereira,2008.Moshou,2005）。近年來，LED以其耗能小，壽命長等優(yōu)點，成為一種新型光源（Lawrence,2007）。并且，LED不會對植物造成灼燒傷害，目前，已有基于LED光源的防除植物病害生長箱（專利申請公布號：CN102014608A）。

植物對藍光的吸收最強，因此藍光的激發(fā)效率與其他顏色光相比較高(Lichtenthaler,1999)。藍光同時可以激發(fā)類胡蘿卜素和葉綠素?zé)晒猓植荚诰G光、紅光以及近紅外波段。植物受脅迫后，熒光強度會發(fā)生改變，其顏色、紋理等特征會發(fā)生變化。基于多光譜的熒光成像方法，可以同時對多個波段的熒光成像，獲得不同波段的熒光圖像信息。通過對單一波段的熒光或不同波段的熒光比率的分析方法（Sankaran,2012），可以檢測植物營養(yǎng)元素缺乏以及病蟲害脅迫癥狀（Emilie?Cadet,2011.Belasque,2008），是植物的健康狀況的一種重要檢測方法。

葉片的機械損傷是指：植物在生長過程中，葉片因外力作用而出現(xiàn)的破損、缺失。健康的葉片也可能存在機械損傷，其健康部位的熒光強度與完整葉片相比沒有較大差異（Marcassa,2009），但其破損部位不會有熒光信息。由于植物活體葉子內(nèi)的色素?zé)晒鈴姸确浅５停~片受脅迫后色素失去活性，熒光信息會減少，嚴重時幾乎沒有熒光信息。因此，僅從熒光圖像區(qū)分二者，易把僅機械損傷的健康葉片和受脅迫的葉片混淆，對植物的健康狀況出現(xiàn)誤判（Belasque,2008）。但是在可見光波下，植物外觀信息可以完整呈現(xiàn)，結(jié)合可見光和熒光信息，能實現(xiàn)二者的區(qū)分。

目前的針對植物健康狀況的檢測裝置，在光源的布置方面，實現(xiàn)均勻光照的方法是，采取左右對稱結(jié)構(gòu)或在封閉環(huán)境中加入反光物質(zhì)；在檢測對象方面，大多對植物內(nèi)自發(fā)熒光物質(zhì)如綠色熒光蛋白進行檢測（Zuzana,2009），或者采用其他裝置激發(fā)出的熒光后再進行成像，缺乏光源轉(zhuǎn)換控制結(jié)構(gòu)，不能實現(xiàn)激發(fā)和采集在同一裝置中進行；在成像方法方面，多采用單色相機和濾光片轉(zhuǎn)盤的結(jié)構(gòu)（Wetterich,2013），不能有效地達到對處于同一熒光強度下的植物的多波段熒光成像；在檢測方法方面，僅從熒光圖像分析，難以區(qū)分葉片的破損是由機械損傷還是病害等脅迫導(dǎo)致。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型的目的在于提供一種基于光譜成像技術(shù)的植物健康狀況檢測裝置。通過等邊三角形間隔光源結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)兩種光源均勻光照和相互轉(zhuǎn)換，激發(fā)植物色素?zé)晒猓瑫r在多個波段熒光成像并能采集可見光圖像，通過植物的熒光信息和可見光信息，分析植物受脅迫的狀況并與單純的機械損傷區(qū)分。

為了達到上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是：

本實用新型包括光照箱、照明單元、成像單元和計算機；其中：

照明單元包括：三個藍色LED和三個白色LED構(gòu)成的光源，光源控制器；等邊三角形支架的每一邊均有一個藍色LED和一個白色LED，同樣顏色的三個LED燈形成一個等邊三角形，三個等邊三角形具有相同的中心O，六個LED的光照平面均與水平面呈45度夾角，光源控制器通過與光源相連，光源控制器分別用兩個獨立開關(guān)連接兩個顏色LED燈，控制藍色LED和白色LED的開關(guān)；

成像單元：位于所述的光照箱內(nèi)，成像單元垂直安裝在采集平臺的正上方，成像單元包括多光譜相機和可調(diào)鏡頭；多光譜相機與計算機相連，采集平臺位于光照箱底部。

所述多光譜相機的光譜范圍是400-700nm和760-1000nm。

本實用新型檢測方法的步驟為：

（1）先利用藍光從頂部照射活體植物，激發(fā)活體植物的類胡蘿卜素?zé)晒夂腿~綠素?zé)晒猓枚喙庾V相機采集植物的熒光圖像；

（2）再利用白光從頂部照射活體植物，用多光譜相機采集植物的可見光圖像；

（3）對植物的可見光圖像和熒光圖像進行圖像處理，得到植物葉片部位的灰度圖；

（4）提取熒光圖像中綠光、紅光和近紅外三個分量熒光圖像，計算三個分量熒光圖像中植物葉片的顏色、紋理特征參數(shù)，判別出健康與受脅迫的植物；

（5）提取可見光圖像中，植物葉片的形狀參數(shù)，得到植物葉片的外部輪廓信息，判別出完整和有機械損傷的植物。