一種旋轉(zhuǎn)掃描式的高光譜作物莖稈信息獲取裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及農(nóng)作物信息光譜分析技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種旋轉(zhuǎn)掃描式的高光譜作物莖桿信息獲取裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]數(shù)字農(nóng)業(yè)和作物的精準(zhǔn)管理是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程信息化的重要技術(shù)環(huán)節(jié)，也是當(dāng)前數(shù)字農(nóng)業(yè)與農(nóng)業(yè)信息化研宄的前沿領(lǐng)域，是保障糧食和農(nóng)產(chǎn)品的高效、優(yōu)質(zhì)和安全生產(chǎn)的重要手段和技術(shù)支撐。農(nóng)作物的生理和養(yǎng)分信息是作物健康生長的重要指標(biāo)，更是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的根本途徑，這為農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供保障。
[0003]農(nóng)作物的葉片信息能夠有效的反映作物的生理、養(yǎng)分等信息，然而作物生長的其他器官(莖桿，根系，果實，種子等)也在很大程度上體現(xiàn)作物的生長和營養(yǎng)狀況。迄今，大量的研宄主要是針對植物葉片展開的，為了能夠了解作物營養(yǎng)物質(zhì)的運輸、利用和代謝等過程，對作物葉片以外器官的研宄顯得尤為重要。近些年，高光譜成像技術(shù)作為新興的檢測技術(shù)，其整合了光譜技術(shù)與成像技術(shù)，能夠同時獲取被測物的光譜和空間圖像信息，逐漸成為農(nóng)副業(yè)中農(nóng)產(chǎn)品的信息感知、檢測、分類與診斷的有利手段。
[0004]如授權(quán)公告號為CN101881726B的發(fā)明專利提供了一種植物幼苗綜合性狀活體無損檢測方法，包括以下步驟:對植物幼苗進(jìn)行高光譜成像，從高光譜數(shù)據(jù)立方體中提取RGB圖像及特定區(qū)域的光譜，通過圖像處理及光譜分析獲得幼苗的形態(tài)參數(shù)、組分含量分布以及病蟲害信息；采用特征級信息融合方法和模糊綜合評判方法建立植物幼苗長勢預(yù)測模型。該發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)對幼苗外觀形態(tài)、營養(yǎng)組分及病蟲害信息三方面性狀的綜合評價；且克服了組分測量時不均勻性造成的誤差。
[0005]現(xiàn)有的高光譜成像儀主要是基于平動掃描的方式，待測物置于平動的載物臺上，調(diào)節(jié)好系統(tǒng)的各個參數(shù)后，待測物在載物臺的帶動下，沿平面內(nèi)某一方向以適當(dāng)?shù)乃俣葎蛩倨絼?，同時高光譜掃描系統(tǒng)以高速線掃描的方式獲取被測物的光譜和空間信息，這樣就可以獲取被測物的三維高光譜信息。
[0006]由于現(xiàn)有的高光譜成像系統(tǒng)大都是基于平動掃描的方式，物體被掃描的面多以平面為主(如植物葉片)，而對于非平面物體(如植物莖桿，根系，果實，種子等)獲取信息準(zhǔn)確率有待提高。另外，在待測物掃描過程中，一次只能得到面向掃描系統(tǒng)半面的高光譜信息，物體另一面的信息只能再次掃描，這樣降低了高光譜信息獲取的效率，同時也無法自動的采集被測物的全方位多面信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對現(xiàn)有的高光譜成像系統(tǒng)的弊端，同時為了能夠更加全面的獲取桿莖類作物的高光譜信息，設(shè)計了一種旋轉(zhuǎn)掃描式的高光譜作物莖桿信息獲取裝置，可帶動圓柱形或類似圓柱形的待測物旋轉(zhuǎn)一圈，獲得被測物體全方位表面的高光譜圖像，避免了作物信息獲取中出現(xiàn)的盲點，使得研宄人員對農(nóng)作物的信息的更準(zhǔn)確獲取成為可能。
[0008]本發(fā)明所采用的具體技術(shù)方案如下:
[0009]一種旋轉(zhuǎn)掃描式的高光譜作物莖桿信息獲取裝置，包括箱體，安裝在箱體內(nèi)的高光譜信息掃描裝置、光源和升降臺，所述的升降臺上安裝有兩個固定座，每個固定座內(nèi)轉(zhuǎn)動配合有套設(shè)在作物莖桿端部的卡盤，且至少一個固定座上安裝有驅(qū)動卡盤轉(zhuǎn)動的電機(jī)。
[0010]其中，高光譜信息掃描裝置安裝在箱體頂部，包括向下依次布置的CCD相機(jī)、光譜僅和鏡頭。
[0011]優(yōu)選的，所述的光源為線光源，其主要能夠為每次高光譜線掃描提供照亮的矩形區(qū)域。
[0012]進(jìn)一步的，所述的線光源為兩個，位于在箱體兩側(cè)且對稱分布。
[0013]線光源對稱分布能夠有效減少單個線光源發(fā)出光線強度分布不均所產(chǎn)生的噪音。
[0014]本發(fā)明中，所述的固定座活動安裝在升降臺上，使兩固定座之間的距離可調(diào)，以適應(yīng)不同長度的作物莖桿。
[0015]為便于固定座的移動調(diào)節(jié)，所述的升降臺上具有配合固定座滑動的導(dǎo)軌，用于引導(dǎo)固定座的移動，減少移動阻力。
[0016]另外，所述的固定座底部連接有支架，該支架的腳部滑動配合在導(dǎo)軌內(nèi)。固定座通過支架滑動配合在導(dǎo)軌內(nèi)，固定座和升降臺之間具有一定的高度差，適用于檢測存在彎折或彎曲的作物莖桿，為非直線的作物莖桿提供轉(zhuǎn)動避讓空間。
[0017]本發(fā)明中，所述的卡盤包括卡盤體，沿卡盤體徑向滑動的活動卡爪，以及卡爪驅(qū)動機(jī)構(gòu)?？ūP與機(jī)床上用來夾緊工件的裝置類似，卡盤體中部設(shè)有通孔，用于插入作物莖桿端部，活動卡爪用于夾緊作物莖桿。
[0018]優(yōu)選的，所述光源的光照強度為3000-3500Lux。
[0019]適當(dāng)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(zhǔn)確觀測被測物，光強過小導(dǎo)致觀測視野亮度低以及光譜儀獲取信息準(zhǔn)確性差。本發(fā)明中的最佳工作條件下光照強度為3000-3500LUX，主要是依據(jù)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)ο
[0020]優(yōu)選的，所述卡盤的轉(zhuǎn)速為0.05-0.4rad/s。
[0021]由于所述的掃描系統(tǒng)的掃描速度和被測物直徑大小(10-80mm)的限制，過大過小的轉(zhuǎn)速都會使得系統(tǒng)得到的圖像信息失真，無法進(jìn)行后期圖像處理。
[0022]本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)掃描式高光譜信息獲取裝置能夠一次性準(zhǔn)確的獲取被測物表面的高光譜信息，解決了現(xiàn)有高光譜難以準(zhǔn)確獲取立體外觀物體的問題，達(dá)到了準(zhǔn)確，高效，全方位的高光譜信息獲取的目的。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明中高光譜作物莖桿信息獲取裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0024]如圖1所示，一種旋轉(zhuǎn)掃描式的高光譜作物莖桿信息獲取裝置，包括CCD相機(jī)1，光譜儀2，鏡頭3，對稱線光源4，固定座5，樣品固定卡盤6，待測樣品7，盤支撐架8，升降臺9，軌道10，步進(jìn)電機(jī)11，暗箱12，傳輸線13，計算機(jī)14。其中C⑶相機(jī)1，光譜儀2，鏡頭3和對稱線光源4組成了高光譜信息掃描系統(tǒng)，由固定座5，樣品固定卡盤6，待測樣品7，盤支撐架8，軌道10，步進(jìn)電機(jī)11構(gòu)成了待測樣品的固定與旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，該固定與旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)安裝于升降臺9之上。整個系統(tǒng)(除計算機(jī)外)都安裝于暗箱12內(nèi)，主要是避免外界光線進(jìn)入，減少被測物信息采集的誤差。待每次測量完成后，高光譜實時圖像數(shù)據(jù)通過傳輸線13傳輸?shù)接嬎銠C(jī)14內(nèi)，以備后期的分析和處理。
[0025]該系統(tǒng)中的CCD相機(jī)I固定在暗箱12內(nèi)部的上方中央位置，向下依次是光譜儀2和鏡頭3，再向下是安裝在暗箱12內(nèi)部兩側(cè)的對稱線光源4。待測物固定與旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)安裝于高光譜信息掃描系統(tǒng)的正下方，并安裝于暗箱12的底部中央位置。
[0026]樣品固定卡盤6轉(zhuǎn)動配合在固定座5內(nèi)，樣品固定卡盤6包括卡盤體，沿卡盤體徑向滑動的活動卡爪，以及卡爪驅(qū)動機(jī)構(gòu)?？ūP與機(jī)床上用來夾緊工件的裝置類似，卡盤體中部設(shè)有通孔，用于插入作物莖桿端部，活動卡爪用于夾緊作物莖桿?？ūP體和固定座5設(shè)有軸承，實現(xiàn)內(nèi)部樣品固定卡盤6的轉(zhuǎn)動配合。步進(jìn)電機(jī)11用于驅(qū)動樣品固定卡盤6，帶動待測樣品旋轉(zhuǎn)。固定座5通過盤支撐架8滑動配合在升降臺9的軌道10內(nèi)。
[0027]本實施例中高光譜作物莖桿信息獲取裝置的工作過程如下:
[0028]I)先根據(jù)待測樣品7的長度，控制待測的作物莖桿長度為10-30cm，調(diào)節(jié)樣品固定卡盤6在軌道10上的位置。然后根據(jù)待測樣品7的直徑大小(1-SOmm)，調(diào)節(jié)樣品固定卡盤6，使得活動卡爪給予待測樣品7適當(dāng)?shù)臄D壓力，將待測樣品7的兩端固定(也可固定待測樣品7的一端)，使得待測樣品7不發(fā)生滑動，偏移等現(xiàn)象；
[0029]2)分別啟動計算機(jī)14，CXD相機(jī)1，光譜儀2，對稱線光源4 ；
[0030]3)通過調(diào)節(jié)升降臺9的高度，調(diào)節(jié)待測樣品上表面與鏡頭3的距離約為300mm，以及CCD相機(jī)I的曝光時間等參數(shù)(曝光時間為8ms)，確保觀測到清晰的待測樣品7的空間圖像；
[0031]4)調(diào)節(jié)對稱線光源4的角度，發(fā)出的光線與水平方向的夾角約為45°，使得對稱光源發(fā)出光線能夠匯聚并疊加于待測物的同一區(qū)域，使得對稱線光源4的光線匯聚于待測樣品7上，且光線要位于鏡頭3的正下方；
[0032]5)設(shè)置對稱線光源4的適當(dāng)光照強度，并控制光照強度大約在3500LUX，啟動并調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)11的轉(zhuǎn)速(根據(jù)待測樣品7的直徑來調(diào)節(jié)，約為0.05-0.4rad/s)，同時掃描的到待測樣品7的高光譜圖像，此步驟要保證得到不失真的高光譜圖像。
【主權(quán)項】
1.一種旋轉(zhuǎn)掃描式的高光譜作物莖桿信息獲取裝置，包括箱體，安裝在箱體內(nèi)的高光譜信息掃描裝置、光源和升降臺，其特征在于，所述的升降臺上安裝有兩個固定座，每個固定座內(nèi)轉(zhuǎn)動配合有套設(shè)在作物莖桿端部的卡盤，且至少一個固定座上安裝有驅(qū)動卡盤轉(zhuǎn)動的電機(jī)。
2.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)掃描式的高光譜作物莖桿信息獲取裝置，其特征在于，所述的高光譜信息掃描裝置安裝在箱體頂部，包括向下依次布置的CCD相機(jī)、光譜儀和鏡頭。
3.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)掃描式的高光譜作物莖桿信息獲取裝置，其特征在于，所述的光源為線光源。
4.如權(quán)利要求3所述的旋轉(zhuǎn)掃描式的高光譜作物莖桿信息獲取裝置，其特征在于，所述的線光源為兩個，位于在箱體兩側(cè)且對稱分布。
5.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)掃描式的高光譜作物莖桿信息獲取裝置，其特征在于，所述的固定座活動安裝在升降臺上。
6.如權(quán)利要求5所述的旋轉(zhuǎn)掃描式的高光譜作物莖桿信息獲取裝置，其特征在于，所述的升降臺上具有配合固定座滑動的導(dǎo)軌。
7.如權(quán)利要求6所述的旋轉(zhuǎn)掃描式的高光譜作物莖桿信息獲取裝置，其特征在于，所述的固定座底部連接有支架，該支架的腳部滑動配合在導(dǎo)軌內(nèi)。
8.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)掃描式的高光譜作物莖桿信息獲取裝置，其特征在于，所述的卡盤包括卡盤體，沿卡盤體徑向滑動的活動卡爪，以及卡爪驅(qū)動機(jī)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求1?8任一項所述的旋轉(zhuǎn)掃描式的高光譜作物莖桿信息獲取裝置，其特征在于，所述光源的光照強度為3000-3500Lux。
10.如權(quán)利要求9所述的旋轉(zhuǎn)掃描式的高光譜作物莖桿信息獲取裝置，其特征在于，所述卡盤的工作轉(zhuǎn)速為0.05-0.4rad/s。
【專利摘要】本實用新型公開了一種旋轉(zhuǎn)掃描式的高光譜作物莖稈信息獲取裝置，包括箱體，安裝在箱體內(nèi)的高光譜信息掃描裝置、光源和升降臺，所述的升降臺上安裝有兩個固定座，每個固定座內(nèi)轉(zhuǎn)動配合有套設(shè)在作物莖稈端部的卡盤，且至少一個固定座上安裝有驅(qū)動卡盤轉(zhuǎn)動的電機(jī)。本實用新型的旋轉(zhuǎn)掃描式高光譜信息獲取裝置能夠一次性準(zhǔn)確的獲取被測物表面的高光譜信息，解決了現(xiàn)有高光譜難以準(zhǔn)確獲取立體外觀物體的問題，達(dá)到了準(zhǔn)確，高效，全方位的高光譜信息獲取的目的。
【IPC分類】G01N21-25
【公開號】CN204374067
【申請?zhí)枴緾N201520042350
【發(fā)明人】余克強, 趙艷茹, 何勇
【申請人】浙江大學(xué)
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年1月22日