[發明專利]一種植物側表面冠層的高光譜掃描系統

在審

• 申請號: 201510030275.4
• 申請日: 2015-01-22
• 公開（公告）號: CN104655573A
• 公開（公告）日: 2015-05-27
• 發明（設計）人: 何勇;余克強;趙艷茹
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N21/25
• 分類號: G01N21/25
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明涉及植物光譜分析領域，尤其涉及一種植物側表面冠層的高光譜掃描系統。

背景技術

作物長勢信息是調控作物生長、監測作物養分診斷、分析和預測作物產量的重要基礎和根據。植物冠層葉片的葉綠素、養分和內部各種化學指標等的信息是營養狀態的反映和作物長勢狀況的診斷指標，是對肥水定位、定量管理的決策依據，實時準確地獲取這些生長信息是精準農業實現的基礎和關鍵。

實時、精準獲取作物冠層的光譜信息是對作物生理研究的一個有效途徑。高光譜成像技術能夠同時獲取被測物的光譜和空間圖像信息，可以用來提高對農作物和植被類型的識別能力，還可以用來監測農作物長勢和反演農作物的理化特性。

該方法主要利用獲取的植物的冠層圖像信息和獨特的光譜曲線特征，來研究作物的光譜特征與其生理生化特性之間的關系。近些年，作物的高光譜數據在提取作物生理生化特征、提取作物冠層信息、估產以及預測病蟲害等許多方面都表現出巨大的應用潛力，這為推農作物生產高效、安全、合理施肥和噴藥提供科學依據。例如：申請公布號為CN?103091296?A專利申請提供了一種基于光譜成像技術的植物健康狀況檢測方法及其裝置。

由于現有的高光譜作物冠層掃描大都是置于對被測植物的頂部，然后來獲取作物的頂部冠層葉片的光譜反射率。然而植物體的外形只要是錐形和柱形較多，從頂部測量來看，位于植物中部以下的葉片由于被上層葉片所遮住，其光譜信息無法得到，這樣使得整株植物個體冠層光譜信息無法完全獲取。同時，在植物冠層光譜信息獲取過程中，只能得到面向冠層掃描儀的植物光譜信息，而很多的葉片背部信息和其他器官(莖，葉柄等)，其各種指標未能被有效獲取，這樣降低了植物冠層光譜信息獲取的效率。另外，近地的多光譜波段植物冠層掃描儀主要是以獲取植物冠層的光譜信息為主，沒有將植物在掃描過程中的圖像信息考慮其中。

發明內容

針對現有的植物冠層掃描儀的弊端，同時為了能夠更加全面的獲取被測植物側表面，從頂端到底部多尺度的冠層光譜和圖像信息，設計了一種植物側表面冠層高光譜掃描系統，可使得待測植物旋轉一圈，獲得被測植物體側表面的高光譜圖像信息，避免了植物頂部冠層信息獲取中出現的盲點和不完整性。

本發明所采用的具體技術方案如下：

一種植物側表面冠層的高光譜掃描系統，包括箱體，以及布置在箱體中的光源和高光譜掃描系統，所述箱體中安裝有放置待測植物的轉盤，所述光源為發射覆蓋待測植物側表面光線的線光源。

其中，所述的線光源通過伸縮調節臂安裝在箱體內的支撐桿上，線光源與植物冠層之間的距離可調，為了防止過長的植物的葉片遮住線光源照射植物的光線，伸縮調節光源位置能夠克服這種弊端。

優選的，所述伸縮調節臂一端活動套設在支撐桿上，另一端固定有所述的線光源，伸縮調節臂相對支撐桿具有旋轉和升降特性，通過旋轉可調節線光源的照射角度，升降可用來調節線光源的照射位置，控制線光源的發射光線可覆蓋待測植物側表面。

進一步的，所述的線光源為分布在高光譜掃描系統兩側且對稱布置的兩組，且該兩組線光源具有重疊的照明區域。

兩組線光源的照明區域重疊，對稱分布能夠有效減少單個線光源發出光線強度分布不均所產生的噪音。

本發明中，高光譜掃描系統位于轉盤側面，包括鏡頭、光譜儀和相機。

其中，所述的相機安裝在箱體中的伸縮桿上，伸縮桿一端固定在箱體內，操作伸縮桿以調節鏡頭到植物冠層的距離，用于相機對焦，以獲取清晰的圖像信息。

優選的，所述的高光譜掃描系統包括用于測量鏡頭到植物冠層距離的測距儀，在測得鏡頭到植物冠層的最小距離后，設置鏡頭到待測植物最大冠層軌跡的距離，保證相機在植物冠層各位置所獲得的圖像清晰、不失真。

優選的，所述光源的光線強度為3000-3500Lux。

適當光照強度主要是為了能夠讓光譜儀獲取到合適的光譜反射率，光強過大容易引起曝光而無法準確觀測被測物，光強過小導致觀測視野亮度低以及光譜儀獲取信息準確性差。本發明中的最佳工作條件下光照強度為3000-3500Lux，主要是依據被測物的表面情況，表面越光滑的被測物需要的光強稍低(3000左右)，表面越粗糙被測物需要的光強稍高(3500左右)。

本發明的植物側表面冠層高光譜掃描系統能夠一次性準確的獲取被測物側表面的高光譜信息，解決了現有技術僅獲得植物頂部冠層光譜信息的不完整性問題，達到了準確，高效，全方位的高光譜信息獲取的目的。

附圖說明