[發明專利]一種便攜式草地生物量無損傷測量裝置

在審

• 申請號: 201811013110.6
• 申請日: 2018-08-31
• 公開（公告）號: CN109358341A
• 公開（公告）日: 2019-02-19
• 發明（設計）人: 宋萍;辛曉平;翟亞宇;王旭
• 申請（專利權）人: 北京理工大學;中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所
• 主分類號: G01S17/89
• 分類號: G01S17/89;G01N21/84;G01S19/42
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 李微微;仇蕾安

1.一種便攜式草地生物量無損傷測量裝置，其特征在于，包括殼體(10)、固態面陣激光雷達(1)、RGB圖像獲取模塊(2)、嵌入式信號處理板(3)、顯示屏(4)以及手持端(7)；

其中，所述固態面陣激光雷達(1)用于獲取被測草地的相對距離圖像，并根據相對距離圖像獲得草地區域的草地高度分布直方圖；

所述RGB圖像獲取模塊(2)用于獲取被測草地的RGB圖像；

所述嵌入式信號處理板(3)用于根據所述RGB圖像識別出的有草區域和無草區域，并得到有草區域覆蓋度；

所述顯示屏(4)用于顯示測量裝置的工作狀態和草地區域覆蓋度以及草地高度測量結果；

所述手持端(7)固定在殼體(10)上。

2.如權利要求1所述的一種便攜式草地生物量無損傷測量裝置，其特征在于，固態面陣激光雷達(1)包括激光發射模塊(11)、激光發射透鏡組(12)、激光接收透鏡組(13)、窄帶濾光片(14)、集成CMOS光電測距芯片(15)、光源驅動電路模塊(16)和距離信息處理模塊(17)；

所述光源驅動電路模塊(16)驅動激光發射模塊(11)發出激光信號；并由激光發射透鏡組(12)向待測草地發射；激光接收透鏡組(13)收目標反射的激光信號，經窄帶濾光片(14)濾除雜散光；集成CMOS光電測距芯片(15)計算固態面陣激光雷達(1)到草地的相對距離圖像；所述距離信息處理模塊(17)獲得被測草地的高度分布直方圖。

3.如權利要求1所述的一種便攜式草地生物量無損傷測量裝置，其特征在于，所述集成CMOS光電處理芯片(15)對回波信號進行多相位窗電荷累積積分并得到相對距離圖像的具體過程為：

集成CMOS光電處理芯片(15)的每個像素點按照4個不同相位窗依次接收回波信號，得到4組不同相位的積分電荷Q₁、Q₂、Q₃和Q₄；其中，Q₁、Q₂、Q₃和Q₄分別為相位窗相對于反射的調制光信號的移動相位為0度、180度、90度以及動270度時的積分電荷；計算光信號在集成CMOS光電處理芯片的每個像素點與草地之間往返的相位差其中∑Q₁、∑Q₂、∑Q₃和∑Q₄分別為積分電荷的多次累積結果；

然后根據每個像素點對應的相位差間接計算出往返時間t，再根據光速c計算集成CMOS光電處理芯片(15)的每個像素點與草地之間的距離，由此得到固態面陣激光雷達(1)與草地之間的距離圖像。

4.如權利要求3所述的一種便攜式草地生物量無損傷測量裝置，其特征在于，距離信息處理模塊(17)計算草地區域的分布直方圖的具體過程為：

距離圖像中查找草地區域中各個像素點對應的距離，將各個像素點對應的距離乘以得到d_i′，其中夾角表示固態面陣激光雷達(1)中心像素位置與各像素點位置的夾角；在d_i′中尋找最大值d_max；根據RGB圖像獲取模塊(2)識別的草地中有草區域和無草區域，將無草區域中各像素點的距離信息置為d_max；再根據d_i′和d_max得到真實的草地高度d_max-d_i′；根據草地高度繪制被測草地的高度分布直方圖。

5.如權利要求1所述的一種便攜式草地生物量無損傷測量裝置，其特征在于，所述固態面陣激光雷達(1)和RGB圖像獲取模塊(2)固定在殼體(10)的底部。

6.如權利要求1所述的一種便攜式草地生物量無損傷測量裝置，其特征在于，還包括GPS模塊(6)，置于殼體(10)頂部，用于采集當前草地位置的GPS信息。

7.如權利要求1所述的一種便攜式草地生物量無損傷測量裝置，其特征在于，還包括控制按鍵(5)，置于殼體(10)的頂部，控制測量裝置進行工作。

8.如權利要求1所述的一種便攜式草地生物量無損傷測量裝置，其特征在于，還包括電池(8)以及電源模塊(9)，用于給測量裝置供電。