一種旋轉掃描式的高光譜作物莖稈信息獲取裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及農作物信息光譜分析技術領域，尤其涉及一種旋轉掃描式的高光譜作物莖桿信息獲取裝置。
【背景技術】
[0002]數字農業和作物的精準管理是現代農業生產過程信息化的重要技術環節，也是當前數字農業與農業信息化研宄的前沿領域，是保障糧食和農產品的高效、優質和安全生產的重要手段和技術支撐。農作物的生理和養分信息是作物健康生長的重要指標，更是農業生產的根本途徑，這為農業的可持續發展提供保障。
[0003]農作物的葉片信息能夠有效的反映作物的生理、養分等信息，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作物的生長和營養狀況。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物質的運輸、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，高光譜成像技術作為新興的檢測技術，其整合了光譜技術與成像技術，能夠同時獲取被測物的光譜和空間圖像信息，逐漸成為農副業中農產品的信息感知、檢測、分類與診斷的有利手段。
[0004]如授權公告號為CN101881726B的發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:對植物幼苗進行高光譜成像，從高光譜數據立方體中提取RGB圖像及特定區域的光譜，通過圖像處理及光譜分析獲得幼苗的形態參數、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測模型。該發明能夠實現對幼苗外觀形態、營養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，調節好系統的各個參數后，待測物在載物臺的帶動下，沿平面內某一方向以適當的速度勻速平動，同時高光譜掃描系統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]由于現有的高光譜成像系統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。
【發明內容】
[0007]針對現有的高光譜成像系統的弊端，同時為了能夠更加全面的獲取桿莖類作物的高光譜信息，設計了一種旋轉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的盲點，使得研宄人員對農作物的信息的更準確獲取成為可能。
[0008]本發明所采用的具體技術方案如下:
[0009]一種旋轉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，每個固定座內轉動配合有套設在作物莖桿端部的卡盤，且至少一個固定座上安裝有驅動卡盤轉動的電機。
[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、光譜僅和鏡頭。
[0011]優選的，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域。
[0012]進一步的，所述的線光源為兩個，位于在箱體兩側且對稱分布。
[0013]線光源對稱分布能夠有效減少單個線光源發出光線強度分布不均所產生的噪音。
[0014]本發明中，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，以適應不同長度的作物莖桿。
[0015]為便于固定座的移動調節，所述的升降臺上具有配合固定座滑動的導軌，用于引導固定座的移動，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軌內。固定座通過支架滑動配合在導軌內，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動避讓空間。
[0017]本發明中，所述的卡盤包括卡盤體，沿卡盤體徑向滑動的活動卡爪，以及卡爪驅動機構。卡盤與機床上用來夾緊工件的裝置類似，卡盤體中部設有通孔，用于插入作物莖桿端部，活動卡爪用于夾緊作物莖桿。
[0018]優選的，所述光源的光照強度為3000-3500Lux。
[0019]適當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確觀測被測物，光強過小導致觀測視野亮度低以及光譜儀獲取信息準確性差。本發明中的最佳工作條件下光照強度為3000-3500LUX，主要是依據被測物的表面情況，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]優選的，所述卡盤的轉速為0.05-0.4rad/s。
[0021]由于所述的掃描系統的掃描速度和被測物直徑大小(10-80mm)的限制，過大過小的轉速都會使得系統得到的圖像信息失真，無法進行后期圖像處理。
[0022]本發明的旋轉掃描式高光譜信息獲取裝置能夠一次性準確的獲取被測物表面的高光譜信息，解決了現有高光譜難以準確獲取立體外觀物體的問題，達到了準確，高效，全方位的高光譜信息獲取的目的。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發明中高光譜作物莖桿信息獲取裝置的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0024]如圖1所示，一種旋轉掃描式的高光譜作物莖桿信息獲取裝置，包括CCD相機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，步進電機11，暗箱12，傳輸線13，計算機14。其中C⑶相機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，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，步進電機11構成了待測樣品的固定與旋轉系統，該固定與旋轉系統安裝于升降臺9之上。整個系統(除計算機外)都安裝于暗箱12內，主要是避免外界光線進入，減少被測物信息采集的誤差。待每次測量完成后，高光譜實時圖像數據通過傳輸線13傳輸到計算機14內，以備后期的分析和處理。
[0025]該系統中的CCD相機I固定在暗箱12內部的上方中央位置，向下依次是光譜儀2和鏡頭3，再向下是安裝在暗箱12內部兩側的對稱線光源4。待測物固定與旋轉系統安裝于高光譜信息掃描系統的正下方，并安裝于暗箱12的底部中央位置。
[0026]樣品固定卡盤6轉動配合在固定座5內，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，以及卡爪驅動機構。卡盤與機床上用來夾緊工件的裝置類似，卡盤體中部設有通孔，用于插入作物莖桿端部，活動卡爪用于夾緊作物莖桿。卡盤體和固定座5設有軸承，實現內部樣品固定卡盤6的轉動配合。步進電機11用于驅動樣品固定卡盤6，帶動待測樣品旋轉。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。
[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)先根據待測樣品7的長度，控制待測的作物莖桿長度為10-30cm，調節樣品固定卡盤6在軌道10上的位置。然后根據待測樣品7的直徑大小(1-SOmm)，調節樣品固定卡盤6，使得活動卡爪給予待測樣品7適當的擠壓力，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不發生滑動，偏移等現象；
[0029]2)分別啟動計算機14，CXD相機1，光譜儀2，對稱線光源4 ；
[0030]3)通過調節升降臺9的高度，調節待測樣品上表面與鏡頭3的距離約為300mm，以及CCD相機I的曝光時間等參數(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)調節對稱線光源4的角度，發出的光線與水平方向的夾角約為45°，使得對稱光源發出光線能夠匯聚并疊加于待測物的同一區域，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)設置對稱線光源4的適當光照強度，并控制光照強度大約在3500LUX，啟動并調節步進電機11的轉速(根據待測樣品7的直徑來調節，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。
【主權項】
1.一種旋轉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，每個固定座內轉動配合有套設在作物莖桿端部的卡盤，且至少一個固定座上安裝有驅動卡盤轉動的電機。
2.如權利要求1所述的旋轉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、光譜儀和鏡頭。
3.如權利要求1所述的旋轉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.如權利要求3所述的旋轉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，位于在箱體兩側且對稱分布。
5.如權利要求1所述的旋轉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.如權利要求5所述的旋轉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軌。
7.如權利要求6所述的旋轉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軌內。
8.如權利要求1所述的旋轉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，以及卡爪驅動機構。
9.如權利要求1?8任一項所述的旋轉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.如權利要求9所述的旋轉掃描式的高光譜作物莖桿信息獲取裝置，其特征在于，所述卡盤的工作轉速為0.05-0.4rad/s。
【專利摘要】本實用新型公開了一種旋轉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，每個固定座內轉動配合有套設在作物莖稈端部的卡盤，且至少一個固定座上安裝有驅動卡盤轉動的電機。本實用新型的旋轉掃描式高光譜信息獲取裝置能夠一次性準確的獲取被測物表面的高光譜信息，解決了現有高光譜難以準確獲取立體外觀物體的問題，達到了準確，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
【申請號】CN201520042350
【發明人】余克強, 趙艷茹, 何勇
【申請人】浙江大學
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年1月22日