[發明專利]一種基于光譜成像技術的自走式在線檢測裝置

在審

• 申請號: 201710420405.4
• 申請日: 2017-06-06
• 公開（公告）號: CN107290054A
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發明（設計）人: 何勇;朱紅艷;楊逸豪;鄭啟帥;李異凡;林智賢
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28
• 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

本發明涉及作物光譜成像技術，特別涉及一種基于光譜成像技術的自走式在線檢測裝置。

背景技術

光譜技術是指通過獲取光的發射、吸收與散射信息可獲得與樣品相關的化學信息，成像技術則是獲取目標的影像信息，研究目標的空間特性信息。這光譜成像技術將成像技術和光譜技術結合在一起，是一種將光學、光譜學、精密機械、電子技術以及計算機技術融于一體的新型遙感技術。將遙感技術與農學各學科及其技術結合起來，成為為農業發展服務的一門綜合性很強的技術。主要包括利用遙感技術進行土地資源的調查，土地利用現狀的調查與分析，農作物長勢的監測與分析，病蟲害的預測，以及農作物的估產等。

多光譜、高光譜和葉綠熒光成像是光譜成像常用的三種技術，近年來在農業中得到越來越多的應用。高光譜遙感在農業中的應用，主要表現在快速、精確地進行作物生長信息的提取、作物長勢監測、作物脅迫監測、估算植被(作物)初級生產力與生物量、估算光能利用率和蒸散量以及作物品質遙感監測預報。從而相應調整投入物資的投入量，達到減少浪費，增加產量，改善品質，保護農業資源和環境質量的目的。葉綠素熒光作為光合作用研究的探針，具有特異性、高靈敏度的特點，能快速反映植物生理生態狀況，并且能夠實現無損檢測，在遺傳育種、突變株篩選、病蟲害檢測等眾多領域都有著廣泛的應用。傳統的光譜儀器難以在田間實現大面積作物快速檢測，實際農業生產中應用有障礙。

近年來隨著無人機技術的發展，運用無人機搭載光譜相機的無人機遙感技術有了顯著的發展。低空無人機可以彌補傳統監測設備作業范圍小、實時監測難等問題，同時彌補了衛星遙感的成本高、受天氣狀況影響大等問題。無人機遙感可以獲取土壤養分、作物長勢、病蟲害監測等農業生產信息，通過數據解析，進行變量施肥、科學施藥、預測病蟲害、預測作物產量等。現階段，無人機的載重量有限，無法搭載多種相機，同時飛行穩定性的還需提高，有安全隱患。電池能源供給和高效利用也是無人機應用過程中亟待科研的重要環節。

為了彌補原有技術手段的不足，該基于光譜成像技術的自走式在線檢測裝置和方法，通過配有GPS導航系統的自主行走基座在田間自由行走，解決了無人機穩定性差和續航時間短的問題。利用相機平臺和側方檢測器搭載多種光譜成像相機和葉綠熒光成像系統在導軌上移動，可以全方位獲得多層面的信息數據。該裝置和檢測方法可以快速、穩定、實時、大范圍地獲取農情信息，對于指導農業生產具有重大意義。

發明內容

本發明公開了一種基于光譜成像技術的自走式在線檢測裝置，實現了農情信息的全自動全方位實時監測，對于指導農業生產具有重大意義。本裝置解決了補傳統監測設備作業范圍小、實時監測難等問題，同時彌補了無人機遙感穩定性差和續航時間短的問題。具有自動化程度高、監測范圍廣、獲取數據全面、安全性強等特點。具體技術方案如下：

一種基于光譜成像技術的自走式在線檢測裝置，包括：

自主行走基座，由底部設有車輪的兩側支架和搭接在兩支架頂部間的水平導軌；

沿所述水平導軌滑動的活動座；

通過伸縮桿連接在活動座底部的相機平臺；

以及設置在所述相機平臺下部的多種光譜成像相機。

本發明中，自主行走基座整體采用中空框架結構，方便在田間從作物間自由通過。同時配有GPS導航系統，可以根據預定規劃路線或由電腦實時操控在田間自主行走，定位精度高。利用差分GPS系統，能夠實現及時調整行走路線，提高定位、行走的準確度，并記錄下檢測的位置信息。

作為優選的，所述的多種光譜成像相機包RGB相機、25波段多光譜相機、ADC相機和高光譜相機。

相機平臺與豎直伸縮桿相連接。豎直伸縮桿可上下伸縮移動，可根據作物生長周期的高度來調整，保持檢測系統離作物冠層高度一致。平臺底部通過四個機械增穩云臺搭載RGB相機(Sony NEX-7)，25波段多光譜相機(XIMEA工業相機xiQ系列，CMV2K)，ADC相機(Tetracam公司)和高光譜相機(Aisa KESTREL)。搭載不同傳感器可以獲得多層面的信息數據，不僅可以記錄幾何輪廓數據，還可以采集圖片信息、激光背散射強度、高光譜數據。機械增穩云臺固定相機，能滿足相機的三個活動自由度：繞X、Y、Z軸旋轉，每個軸心內都安裝有電機，當無人機傾斜時，同樣會配合陀螺儀給相應的云臺電機加強反方向的動力，防止相機跟著無人機“傾斜”，從而避免相機抖動，保證畫面清晰穩定。通過遙感平臺的旋轉和機械增穩云臺的翻轉實現全方位、多角度信息獲取。