[發明專利]一種基于主動光源的植物長勢監測系統及應用方法

有效

• 申請號: 201710245874.7
• 申請日: 2017-04-14
• 公開（公告）號: CN107219224B
• 公開（公告）日: 2023-05-09
• 發明（設計）人: 周志艷;姜銳;李克亮;何子玄;羅錫文
• 申請（專利權）人: 華南農業大學
• 主分類號: G01N21/84
• 分類號: G01N21/84;G01N21/01
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 任重

1.一種基于主動光源的植物長勢監測方法，所述監測方法采用基于主動光源的植物長勢監測系統，其特征在于，所述監測系統包括主動光源(1)、拍攝裝置(2)、采光校正器(3)以及放置于植物處的標準白板(4)以及對拍攝裝置(2)的拍攝圖像進行處理的中央處理裝置，所述主動光源(1)包括LED陣列(11)、用于實時測量紅光光照強度和紅外光照強度的第一紅光與紅外光照度傳感模塊(12)、驅動器(13)、第一電源(14)、第一濾光片(15)以及高度計(16)，所述拍攝裝置(2)包括感光芯片(21)、第二處理模塊(22)、第二電源(23)以及顯示模塊(24)，所述主動光源(1)設有第一處理模塊，所述主動光源(1)與拍攝裝置(2)無線連接，所述采光校正器(3)與主動光源(1)無線連接；

拍攝裝置(2)包括第二濾光片(25)和可調焦透鏡(26)，所述第二濾光片(25)設于可調焦透鏡(26)與感光芯片(21)之間；所述第二處理模塊(22)包括第二處理器(221)、用于存儲的存儲器(222)、定時器模塊(223)以及定位系統(224)；

所述采光校正器(3)包括第二紅光與紅外光光照度傳感模塊(31)、第三處理器(32)和第三電源(33)；

所述監測系統還設有用于移動的載體；所述監測方法包括標定階段和拍攝階段；步驟如下：

標定階段：

a.首先，選定紅光和紅外光的波段，制作主動光源(1)、拍攝裝置(2)和采光校正器(3)；

b.其次，在天氣晴朗正午時分啟動主動光源，按下標定按鍵(17)，第一紅光與紅外光照度傳感模塊(12)進行檢測，主動光源記憶選定紅光和紅外光波段的最佳光照度；

c.在陰天和夜間自然光照不足的情況下，啟動采光校正器(3)和主動光源(1)，采光校正器(3)與主動光源(1)無線通信連接，主動光源垂直照射植被，采光校正器(3)被放置于植物冠層等高水平面，控制主動光源(1)與采光校正器的不同相對高度位置，采光校正器(3)檢測冠層表面入射光照度再根據最佳光照度并發送光照度差值信息至主動光源(1)，使得主動光源在不同高度發出不同強度的光使植被冠層接收光強與最佳光照度相近或相同，主動光源的第一處理器(18)記憶存儲不同環境下不同作業高度需提供的紅光和紅外光光照度相關數據；

d.最后，在天氣晴朗正午時分將標準白板(4)置于植被冠層等高水平面，拍攝裝置(2)面向標準白板(4)拍攝得出拍攝圖像，中央處理裝置對拍攝圖像進行處理，對拍攝圖片中的紅光和紅外光的平均亮度R1和NIR1進行確定，標定階段完成；

拍攝階段：

(i)首先，將主動光源(1)與拍攝裝置(2)安裝于執行拍攝任務的移動載體；

(ii)其次，載體在運動過程中，設定拍攝裝置的拍照時間間隔或通過外部觸發信號觸發拍攝裝置(2)進行拍攝并將拍攝圖像發送至存儲器(222)進行存儲；

(iii)將存儲器(222)存儲的照片傳送至中央處理裝置，中央處理裝置使用圖像處理軟件計算歸一化植被指數NDVI、比值植被指數RVI、差植被指數DVI和重歸一化植被指數RDVI，其中NIR為紅外光像素點亮度，R為紅光像素點亮度，公式如下：

；

在自然光照不足的情況下需要經過標定階段進行光照度標定，進入拍攝階段時主動光源(1)會根據當前作業環境中紅光和紅外光光照度以及拍攝作業高度發出不同功率的紅光和紅外光，使得輻射到植物冠層總的的紅光和紅外光入射光光照度與紅光和紅外光最佳光照度相近或相同。

2.根據權利要求1所述的基于主動光源的植物長勢監測方法，其特征在于，所述第一電源(14)為直流電源，所述驅動器(13)為恒流驅動器，所述第一處理模塊包括用于進行初步標定的標定按鍵(17)以及用于處理的第一處理器(18)。

3.根據權利要求1至2任一項所述的基于主動光源的植物長勢監測方法，其特征在于，所述主動光源(1)、拍攝裝置(2)、采光校正器(3)均設有用于通信的通信模塊。

4.根據權利要求1所述的基于主動光源的植物長勢監測方法，其特征在于，所述定位系統(224)為單點GPS定位系統、GNSS全球導航定位系統、RTK差分定位系統、PPK差分定位系統的任意一種。

5.根據權利要求1所述的基于主動光源的植物長勢監測方法，其特征在于，所述拍攝裝置在拍攝指令執行前控制主動光源(1)照射植被冠層，在不拍攝時關閉主動光源(1)。