[发明专利]一种应用于冠层反射光谱测量的测距系统及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及无损检测技术和图像处理技术相结合的应用领域，尤其是利用双目视觉技术的测距系统，具体地说是一种应用于冠层反射光谱测量的测距系统及其方法。

背景技术

目前，利用作物冠层漫反射光谱获取作物生长信息是目前农业信息领域的重要研究方向，国内外学者对漫反射光谱和相关作物生长信息之间的机理关系已经有了十分深入和广泛的研究。氮素营养是作物生产中需要考虑的重要因素，合理适时的氮肥管理是实现作物高产优质的有效措施，因此，及时了解作物的营养状况，进行合理的施肥在农业生产中占有极其重要的地位。近年来，随着地面遥感技术的快速发展，许多学者运用植物光谱分析方法，研究了不同环境条件下作物冠层反射光谱与作物农学参数之间的关系。作物冠层反射光谱检测仪是将这种机理关系进行工程实现的重要手段，目前国外发达国家已有相应的商用产品问世，现有的主流产品都采用主动光源的形式，其测量自带光源，不受外界光环境的影响。

国外在2000年前后出现了主动光源式的冠层反射光谱测量仪器，目前市场上已有商品化的产品销售，典型的产品有：GreenSeeker(NTech Industries Inc.)，Crop Circle(Holland Scientific)和CropSpec(Topcon Precision Agriculture)。国内学者在近6、7年来开始从事冠层光谱测量仪的研发工作，但目前尚无商用化产品问世，尚停留在实验研究阶段，而且已有的测量仪以被动光源的形式为主。

对于国内外现有的主动光源式冠层反射光谱测量仪，反射率的测量都需要确定反射面所在的位置，目前通常的做法是：测量时把冠层顶部作为冠层反射面，测量时需要固定测量高度。而实际上，由于作物品种的不同、同品种作物生育阶段的不同，冠层叶片的覆盖面积、叶面倾角等参数也会存在较大的差别，可能导致冠层反射特征的较大差异，不同的冠层结构会形成不同的农田辐射,并影响光在作物群体内的传输和截获方式。初略地将冠层反射面定义在作物冠层的顶部可能对冠层光谱反射率的测量带来较大的测量误差；同时，由于缺乏确定冠层与测量设备之间距离的有效方法，对作物光谱反射率的测量往往需要固定测量高度，对实际测量带来诸多不便，不利于实现手持式快速测量。

常用的测距方法有超声波测距、红外测距、激光测距等，但这些方法往往在测量平面对象时具有较高的测量精度，而对于类似作物冠层这些非平面对象，其测量结果很难有针对性，很难界定所测结果是针对被测对象的哪个区域，因此，常用的测距方法很难在作物冠层实时测量中应用。

本文采用双目视觉技术对冠层的空间分布进行测量，应用统计方法确定出作物冠层的反射面，并确定出测量仪器和作物冠层之间的距离作为反射率的计算依据，该方法为实现在测量距离变动情况下冠层反射率的动态测量提供了新的思路。

发明内容

本发明的目的是针对目前常用的测距方法很难在作物冠层实时测量中应用的问题，提出一种应用于冠层反射光谱测量的测距系统及其方法。该方法采用双目视觉技术和嵌入式处理器构建了冠层测距系统，利用嵌入式系统实现对双目视觉数据的处理，利用双目视觉的深度信息实现对冠层距离的测量。

本发明的技术方案是：

一种应用于冠层反射光谱测量的测距系统，它包括两个测距传感器、嵌入式处理器和安装支架，所述的嵌入式处理器置于安装支架的中部，两个测距传感器分别设置于安装支架的两端，两测距传感器均用于采集作物冠层的图像信息，两测距传感器的信号输出端与嵌入式处理器的信号输入端相连，所述的嵌入式处理器输出测距系统距离冠层的高度信息至与之连接的冠层反射光谱测量装置，该冠层反射光谱测量装置置于安装支架中部，所述的测距系统传感器面向冠层的检测端和冠层反射光谱测量装置面向冠层的检测端处于同一平面。

本发明的测距传感器是两个性能和结构参数相同的摄像头，通过安装支架组合成具有一定间距且主光轴相互平行的双目视觉结构。

本发明的测距系统的测距传感器检测的重叠区域覆盖冠层反射光谱测量装置的检测区域。

一种应用于冠层反射光谱测量的测距方法，应用于冠层反射光谱测量的测距系统，该方法包括以下步骤：

（A-1）、采用两测距传感器分别获取作物冠层的图像发送至嵌入式处理器，对于两张作物冠层的图像，采用双目视觉匹配方法获取双目视觉图像的视差信息即前述两张作物冠层图像的视差信息，并将每个匹配点的视差信息转换成实际空间距离信息即各匹配点至测距传感器检测端的高度，按照一定间隔距离，将图像上冠层的所有匹配点在高度方向进行分层；