[发明专利]一种基于多源光信息技术的棉花病害检测方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种针对棉花病害的检测方法，特指基于多源光信息技术的棉花病害无损检测方法，还涉及一种实施这种检测方法的装置。

背景技术

在棉花的田间管理过程中，病害是困扰棉花生长的主要问题之一，它严重危害棉花生长，影响棉花产量和品质。传统的防治方法主要依靠农民或专家经验判别病害的种类和严重程度，而后进行化学药剂的施用，这种方法识别病害的主观性强、速度慢、强度大、误识率高、实时性差，且往往带来资源浪费和环境污染。棉花病害会导致叶片、植株和冠层的颜色、纹理、内部组织结构的改变，进而使其反射特性发生变化，因此采用光谱、计算机视觉探测技术可以实现非接触的实时监测，客观、快速、准确地识别和诊断作物的病情，从而实现针对作物病害区域的精确对靶施药。目前国内在基于高光谱和视觉图像技术的作物病害无损检测方面已有一些相关研究。在光谱检测方面，申请号为CN200810055874.1的发明专利申请，公开了一种病害检测仪，利用作物病害的敏感光谱波段，将被测物反射的与被测作物病情指数对应的敏感波段的反射光转化成反射电信号，进而对作物的病情指数及其病害状态进行诊断。在利用视觉图像进行病害检测方面，申请号为CN200710010768.7 的发明专利申请，公开了一种基于计算机图像处理的农作物病害诊断系统，该系统采用摄像机获取田间作物的图像，能够在无专家的情况下，及时准确地得到病害的诊断结果。申请号为CN200910097341.4的发明专利申请，公开了一种基于多光谱图像处理的水稻稻叶瘟病检测分级方法，利用多光谱摄像机实时采集绿光波段，红光波段，近红外波段三个波段通道的单色灰度图像进行病害诊断，该发明可以用于快速、非破坏性的水稻稻瘟病感染诊断，指出病斑所在的位置以及进行感染程度分级。

光波的信息是非常丰富的，包括强度、波长、位相和偏振态，而目前国内外作物营养和病害检测仅仅利用了光波的强度（即反射率或反射强度）和波长信息，即采用反射光谱技术、图像技术或多光谱图像技术诊断作物的病害状况，影响和制约了作物病害的诊断精度的提高。偏振信息具有普通图像和反射光谱所不具备的优点，可以表征一些强度图像和光谱很难表征的信息，如目标表面的微观结构变化、物质内部对入射光的选择性吸收、散射以及物体表面前向反射、后向反射、漫反射特性的变化。由于偏振光谱和成像技术具有的独特之处，因此可以对作物病害导致的叶片表面质地和微结构变化信息进行提取和表征。本发明采用多源光信息技术获取棉花叶片的病害信息，该技术是集光谱反射强度、偏振成像和超光谱成像技术于一身的新技术，既能对棉花病害引起的颜色（灰度）、纹理、形态变化等特征进行可视化分析，又能反映棉花病害导致的质地和微结构的偏振态、反射强度分布的各向异性分布变化等信息。目前，国内外尚未见相关专利和报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于多源光信息技术的棉花病害检测方法和装置，通过多源光信息采集装置，获取棉花病害的光谱反射强度、偏振图像和超光谱图像，提取棉花病害的反射强度分布、偏振和超光谱图像特征，建立棉花病害的自动识别和组合分析模型，实现对棉花病害种类的快速自动识别和无损诊断。为精确施药提供科学依据。

本发明一种基于多源光信息技术的棉花病害检测装置采用的技术方案是：

一种基于多源光信息技术的棉花病害检测装置包括如下部件：计算机、控制模块、光信息传感器、LED组合光源、电控位移台和仪器架；仪器架由载物台、光源支撑臂和传感器支撑臂组成；其中仪器架一侧的长度中心位置固定光源支撑臂，光源支撑臂顶端通过转轴连接LED组合光源，光源可围绕转轴做0-90度旋转，以调整光源位置和入射角；与之相对的仪器架的另一侧的长度中心位置固定传感器支撑臂，传感器支撑臂顶端通过转轴连接光信息传感器，传感器可围绕转轴做0-90度旋转，以调整传感器探测角；在仪器架的上端面几何中心位置安装电控位移台，电控位移台分为上下两部分，其上部为样本台，形状为矩形，矩形上端面用于放置检测样本，上端面与丝杆滑块连接，电控位移台下部为单轴丝杆滑块机构，通过步进电机驱动丝杆滑块，并带动样本台沿轴线位移，拖动样本进行检测；控制模块由光源控制器、位移台控制器和数据采集卡组成，控制模块与计算机通过数据线相连接，接受计算机的控制指令，其输出通过光源控制器、位移台控制器和数据采集卡的数据输出线分别与LED组合光源，电控位移台和光信息传感器连接，执行计算机的输出指令，控制LED组合光源的光质和强度，调整光信息传感器的测量参数，并使电控位移台到达检测位置。