便攜式智能多光譜成像檢測裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及多光譜成像檢測領(lǐng)域，具體涉及一種能在野外條件下和室內(nèi)條件均能便攜地對(duì)植物進(jìn)行多光譜成像檢測的方法及系統(tǒng)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]多光譜成像技術(shù)是當(dāng)前圖像處理及獲取的前沿技術(shù)。由于能夠獲得同一物體多個(gè)光譜通道的圖像，并利用多個(gè)通道的圖像數(shù)據(jù)組成多光譜圖像數(shù)據(jù)，為圖像處理提供更多的信息量，在遙感、環(huán)境監(jiān)測、食品安全、生物醫(yī)療、顏色信息處理等當(dāng)面的應(yīng)用。
[0003]目前，按照分光方式的不同，多光譜成像技術(shù)主要有色散型、干涉型和濾光片型等，色散型多光譜成像技術(shù)以棱鏡或光柵作為色散元件，將通過狹縫的入射光按波長分散開來，再由成像系統(tǒng)將狹縫按波長成像在探測器的不同位置上；干涉型以干涉儀作為色散元件，利用雙光束干涉原理獲得入射狹縫的干涉圖，然后通過傅立葉變換從干涉圖中復(fù)原出狹縫的光譜。色散型和干涉型多光譜成像技術(shù)都是通過推掃或擺掃的方式獲得二維目標(biāo)的三維光譜圖像信息，對(duì)平臺(tái)的穩(wěn)定性要求很高，且在同一次曝光中獲得所有譜段光譜信息。采用濾光片的多光譜成像系統(tǒng)是在照相系統(tǒng)光路中加入濾光片，主要采用兩種方式:第一種是將多個(gè)相同的相機(jī)放置在一起，鏡頭前分別放置不同波長的濾光片，這種方式能并行獲取多個(gè)波長圖像，但是給圖像配準(zhǔn)帶來困難，且體積龐大；第二種方式是將不同種濾光片安裝在一個(gè)轉(zhuǎn)輪上，通過轉(zhuǎn)輪切換濾光片，例如申請(qǐng)公布號(hào)為CN 103308466 A的專利文獻(xiàn)公開了一種便攜式濾光片色輪型多光譜成像系統(tǒng)及其光譜圖像處理方法，包括成像儀鏡頭、濾光片色輪、步進(jìn)電機(jī)、濾光片組、黑白圖像傳感器CCD、控制模塊及光譜圖像處理分析模塊；控制模塊的信號(hào)傳輸端口分別與步進(jìn)電機(jī)、黑白圖像傳感器CCD及光譜圖像處理分析模塊的信號(hào)傳輸端口相接。傳統(tǒng)的濾光片設(shè)置在一個(gè)濾光片色輪上，當(dāng)設(shè)置多個(gè)濾光片式，傳統(tǒng)的單個(gè)濾光片色輪的結(jié)構(gòu)龐大，且對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要求高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種便攜式智能多光譜成像檢測裝置，該裝置體積小、重量輕、功耗小。
[0005]本發(fā)明同時(shí)提供了一種多光譜成像檢測方法，該方法能夠快速實(shí)現(xiàn)對(duì)多種植物檢測結(jié)果分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同特征的多光譜特征的自能識(shí)別。
[0006]—種便攜式智能多光譜成像檢測裝置，包括濾光單元、攝像單元、以及用于接收攝像單元圖像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，所述濾光單元包括若干同軸且可獨(dú)立轉(zhuǎn)動(dòng)的濾光片轉(zhuǎn)盤，每個(gè)濾光片轉(zhuǎn)盤上設(shè)有若干安裝有濾光片的安裝孔和至少一個(gè)避讓孔，安裝孔、避讓孔和攝像單元的鏡頭的中心軸距離濾光片轉(zhuǎn)盤中心軸的距離相等。
[0007]攝像單元一般包括相機(jī)以及鏡頭等部件，實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的采集，所述相機(jī)一般為CCD工業(yè)相機(jī)。
[0008]作為優(yōu)選，所有的濾光片的直徑D必須比攝像單元的鏡頭的直徑d大，不能遮住進(jìn)入攝像單元的鏡頭的光線；每一個(gè)濾光片的透過光波帶寬均在Inm-1Onm之間，具體數(shù)值根據(jù)測量要求可更換。使用時(shí)，保證非轉(zhuǎn)動(dòng)的濾光片轉(zhuǎn)盤都是空白的圓孔與攝像單元的鏡頭同軸相對(duì)，即攝像單元的鏡頭前面只有當(dāng)前濾光片轉(zhuǎn)盤上的一個(gè)濾光片。
[0009]作為優(yōu)選，還包括照明模塊，所述照明模塊與濾光單元可拆卸連接。在自然光滿足要求時(shí)，可將照明模塊拆卸，進(jìn)一步降低整機(jī)體積，提高實(shí)用性。
[0010]作為優(yōu)選，所述照明模塊為立方體結(jié)構(gòu)；所述立方體結(jié)構(gòu)頂面與攝像單元的鏡頭對(duì)正設(shè)置，該側(cè)內(nèi)壁設(shè)有LED陣列；所述立方體結(jié)構(gòu)與LED陣列相對(duì)的一側(cè)設(shè)有標(biāo)準(zhǔn)漫反射白板；所述立方體結(jié)構(gòu)的其他四個(gè)側(cè)壁內(nèi)壁為反射鏡。
[0011]作為優(yōu)選，所述LED陣列為軸對(duì)稱和中心對(duì)稱分布。為標(biāo)準(zhǔn)漫反射白板提供均勻的光照。
[0012]作為優(yōu)選，還包括與數(shù)據(jù)收發(fā)模塊進(jìn)行信息傳輸?shù)囊苿?dòng)終端以及與移動(dòng)終端實(shí)現(xiàn)通訊的遠(yuǎn)程云共享服務(wù)器。所述移動(dòng)終端可選擇手機(jī)等。
[0013]作為優(yōu)選，所述數(shù)據(jù)收發(fā)模塊上集成有藍(lán)牙收發(fā)模塊、wifi收發(fā)模塊和zigbee收發(fā)模塊。進(jìn)一步提高整個(gè)檢測裝置的智能化。
[0014]本發(fā)明還提供了幾種進(jìn)行多光譜成像檢測方法，分別為:
[0015]—種利用上述便攜式智能多光譜成像檢測裝置進(jìn)行多光譜成像檢測方法，包括:
[0016](I)利用標(biāo)準(zhǔn)漫反射白板，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)反射率標(biāo)定；
[0017](2)將葉片夾持在標(biāo)準(zhǔn)漫反射白板上，對(duì)準(zhǔn)攝像單元的鏡頭；
[0018](3)轉(zhuǎn)動(dòng)其中一個(gè)濾光片轉(zhuǎn)盤，使該濾光片轉(zhuǎn)盤上的某一濾光片與攝像單元的鏡頭同軸，且其他濾光片轉(zhuǎn)盤的避讓孔與攝像單元的鏡頭同軸，獲取該濾光片透射波段的光譜圖；依次轉(zhuǎn)動(dòng)濾光片轉(zhuǎn)盤，完成對(duì)所有濾光片透射波段的光譜圖。
[0019]上述技術(shù)方案適于自然光滿足檢測要求的場合，對(duì)于自然光偏暗的場合，優(yōu)選的技術(shù)方案如下:
[0020]一種利用上述便攜式智能多光譜成像檢測裝置進(jìn)行多光譜成像檢測方法，包括:
[0021](I)打開照明模塊，利用標(biāo)準(zhǔn)漫反射白板，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)反射率標(biāo)定；
[0022](2)將葉片夾持在標(biāo)準(zhǔn)漫反射白板上，對(duì)準(zhǔn)攝像單元的鏡頭；
[0023](3)轉(zhuǎn)動(dòng)其中一個(gè)濾光片轉(zhuǎn)盤，使該濾光片轉(zhuǎn)盤上的某一濾光片與攝像單元的鏡頭同軸，且其他濾光片轉(zhuǎn)盤的避讓孔與攝像單元的鏡頭同軸，獲取該濾光片透射波段的光譜圖；依次轉(zhuǎn)動(dòng)濾光片轉(zhuǎn)盤，完成對(duì)所有濾光片透射波段的光譜圖。
[0024]為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)檢測，作為優(yōu)選的技術(shù)方案為:
[0025]—種利用上述便攜式智能多光譜成像檢測裝置進(jìn)行多光譜成像檢測方法，包括:
[0026](I)利用移動(dòng)終端打開照明模塊，利用標(biāo)準(zhǔn)漫反射白板，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)反射率標(biāo)定；
[0027](2)將葉片夾持在標(biāo)準(zhǔn)漫反射白板上，對(duì)準(zhǔn)攝像單元的鏡頭；
[0028](3)轉(zhuǎn)動(dòng)其中一個(gè)濾光片轉(zhuǎn)盤，使該濾光片轉(zhuǎn)盤上的某一濾光片與攝像單元的鏡頭同軸，且其他濾光片轉(zhuǎn)盤的避讓孔與攝像單元的鏡頭同軸，獲取該濾光片透射波段的光譜圖；依次轉(zhuǎn)動(dòng)濾光片轉(zhuǎn)盤，完成對(duì)所有濾光片透射波段的光譜圖；
[0029](4)通過數(shù)據(jù)收發(fā)模塊將光譜圖至移動(dòng)終端，通過移動(dòng)終端將光譜圖發(fā)送到遠(yuǎn)程云共享服務(wù)器，遠(yuǎn)程云共享服務(wù)器將接收的光譜圖與系統(tǒng)預(yù)存的數(shù)據(jù)庫對(duì)比，判斷被測植物的生理狀態(tài)。
[0030]作為優(yōu)選，所述移動(dòng)終端同時(shí)將當(dāng)前的光譜圖和生理狀態(tài)信息存入遠(yuǎn)程云共享服務(wù)器中。完成對(duì)數(shù)據(jù)的自學(xué)習(xí)。
[0031]本發(fā)明的目的是為了實(shí)現(xiàn)多光譜測量裝置體積小、重量輕、功耗小，并且實(shí)現(xiàn)對(duì)多種植物檢測結(jié)果進(jìn)行訓(xùn)練、分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同特征的多光譜特征的智能識(shí)別。
[0032]本發(fā)明中，所述鏡頭一般為變焦距鏡頭，所述變焦距鏡頭為含有多項(xiàng)式非球面透鏡組成的畸變較小的連續(xù)變焦鏡頭。優(yōu)選的變焦距鏡頭為1.5mm至30mm變焦鏡頭，鏡頭為F=L 4，含有多個(gè)非球面鏡片。
[0033]所述的遠(yuǎn)程云共享服務(wù)器包含了多種植物的各種生理狀態(tài)的數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫可采用直接將現(xiàn)有數(shù)據(jù)輸入，也可通過系統(tǒng)機(jī)器學(xué)習(xí)自行得到。從而實(shí)現(xiàn)對(duì)多種植物檢測結(jié)果進(jìn)行訓(xùn)練、分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同特征的多光譜特征的自能識(shí)別。
[0034]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
[0035]本發(fā)明的便攜式智能多光譜成像檢測裝置，以高度集成化的濾光片轉(zhuǎn)盤和集成化的變焦距攝像方式，實(shí)現(xiàn)了裝置的便攜化、小型化；以白光LED作為主動(dòng)照明光源，實(shí)現(xiàn)了光譜儀的低功耗化；脫離了傳統(tǒng)的筆記本，以移動(dòng)終端的通訊方式獲取高光譜圖像，并利用遠(yuǎn)程云共享服務(wù)器分析、處理高光譜的數(shù)據(jù)。
【附圖說明】
[0036]圖1是本發(fā)明的便攜式智能多光譜成像檢測裝置的結(jié)構(gòu)組成示意圖；
[0037]圖2是圖1中的照明模塊的組成示意圖；
[0038]圖3是圖2中照明模塊中LED的排布示意圖；
[0039]圖4是圖1中濾光片轉(zhuǎn)盤陣列與變焦距鏡頭、CXD工業(yè)相機(jī)的布置示意圖；
[0040]圖5是圖4中濾光片轉(zhuǎn)盤的示意圖；
[0041]圖6是野外自然光條件下的多光譜測量示意圖；
[0042]圖7是智能終端與多光譜數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、遠(yuǎn)程云共享服務(wù)器無線通信的示意圖。
[0043]上述附圖中:
[0044]1-均勻照明模塊；101_白板；2_數(shù)據(jù)收發(fā)模塊；3_濾光片轉(zhuǎn)盤陣列；301_濾光片轉(zhuǎn)盤；31_圓孔；32_圓孔；33_圓孔；