[發明專利]基于葉綠素熒光及成像技術的植物病害檢測方法及裝置

有效

• 申請號: 201410290704.7
• 申請日: 2014-06-25
• 公開（公告）號: CN104034710A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發明（設計）人: 蔣煥煜;盧勁竹;崔笛;周鳴川;胡楊
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林懷禹

技術領域

本發明涉及植物病害的檢測方法及裝置，特別是涉及一種基于葉綠素熒光及成像技術的植物病害檢測方法及裝置。

背景技術

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

激發光源的發展由氙氣燈、鹵素燈到紫外燈、激光。近年來，LED以其耗能小，壽命長等優點，成為一種新型光源。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，因此藍光的激發效率與其他顏色光相比較高。藍光同時可以激發類胡蘿卜素和葉綠素熒光，分布在綠光、紅光以及近紅外波段。植物受病害脅迫后，葉片的熒光強度會發生改變，其顏色、紋理等特征會發生變化。此外，從染病部位分析，葉脈的部位會首先出現變化。以常見的黃瓜病害為例說明：由綠斑花葉病毒引起的黃瓜病毒病，其葉脈出現黃化，并在葉脈周圍出現黃色星形病斑；由病菌引起的黃瓜霜霉病，其表現為沿著主葉脈到支脈、小葉脈，均出現如同鐵銹色一樣的癥狀。葉片受病害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，通過圖像處理技術，結合葉片葉綠素熒光和葉片紋理、葉脈特征，能實現健康葉片和病害葉片二者的區分。

目前的針對植物健康狀況的檢測裝置，在光源的布置方面，實現均勻光照的方法是，采取左右對稱結構或在封閉環境中加入反光物質；在檢測對象方面，大多對植物內自發熒光物質如綠色熒光蛋白進行檢測；在分析方法方面，大多是基于葉綠素熒光光譜信息，鮮有基于葉綠素熒光圖像信息。目前的針對植物健康狀況的檢測裝置的發明，主要目的在于分析植物營養元素的含量，從而判斷植物是否健康，缺少用于區分健康植物和受病毒、病菌脅迫的病害植物的檢測裝置。并且現有的用于病害檢測的裝置，大多采用可見光成像或多光譜成像技術，鮮有將葉綠素熒光和成像技術相結合的檢測方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于葉綠素熒光及成像技術的植物病害檢測方法及裝置。通過等邊三角形光源結構，提供均勻光照，激發植物葉綠素熒光，同時采集葉綠素熒光圖像，通過植物熒光圖像的紋理和葉脈信息，區分健康植物和病害植物。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案是：

一、基于葉綠素熒光及成像技術的植物病害檢測方法，該方法的步驟如下：

步驟1)利用藍光激發活體植物葉片的葉綠素熒光，通過相機和濾光片采集得到葉綠素熒光圖像；

步驟2)對葉綠素熒光圖像進行圖像預處理，得到活體植物葉片部位的灰度圖；

步驟3)將灰度圖進行圖像分割得到子圖像,并提取子圖像的紋理特征和葉脈特征參數，將兩個特征參數輸入分類器進行判斷

步驟4)根據活體植物葉片的紋理特征和葉脈特征參數，判別出健康和病害兩類植物。

步驟2)所述的圖像預處理包括自動閾值分割、空洞填充和與操作。

二、基于葉綠素熒光及成像技術的植物病害檢測裝置

本發明包括光照箱、光源、計算機、彩色高速相機、放置活體植物葉片的采集平臺；在光照箱內的底面向上，依次同軸裝有采集平臺，光源和彩色高速相機，彩色高速相機上的可調鏡頭朝下，可調鏡頭上裝有濾光片，彩色高速相機通過Camera?Link線與計算機相連。

所述的光源包括等邊三角形支架和三個型號相同的藍色LED燈；等邊三角形支架的每個邊中部分別裝有一個藍色LED燈，形成一個等邊三角形光源，等邊三角形光源與等邊三角形支架具有相同的中心O，每個藍色LED燈的光照平面與采集平臺夾角均為45度。

所述每個藍色LED燈均為LED燈陣列。

所述濾光片為紅色濾光片，其中心波長為690nm。

本發明具有的有益效果是：

(1)本發明利用藍色LED光源和紅色濾光片，實現了植物葉綠素熒光的激發和采集。

(2)本發明改進了光源的結構，用三角形光源結構，實現光源的均勻光照。

(3)本發明提供葉綠素熒光圖像，基于紋理特征和葉脈特征參數將植物分為健康和病害兩類。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖。

圖2是等邊三角形光源結構示意圖。

圖3是成像原理示意圖。

圖4是本發明方法流程圖。

圖中：1.光照箱，2.光源，3.計算機，4.彩色相機，5.可調鏡頭，6.濾光片，7.采集平臺，8.等邊三角形支架，9.藍色LED燈。