[发明专利]一种基于光谱成像技术的自走式在线检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及作物光谱成像技术，特别涉及一种基于光谱成像技术的自走式在线检测装置。

背景技术

光谱技术是指通过获取光的发射、吸收与散射信息可获得与样品相关的化学信息，成像技术则是获取目标的影像信息，研究目标的空间特性信息。这光谱成像技术将成像技术和光谱技术结合在一起，是一种将光学、光谱学、精密机械、电子技术以及计算机技术融于一体的新型遥感技术。将遥感技术与农学各学科及其技术结合起来，成为为农业发展服务的一门综合性很强的技术。主要包括利用遥感技术进行土地资源的调查，土地利用现状的调查与分析，农作物长势的监测与分析，病虫害的预测，以及农作物的估产等。

多光谱、高光谱和叶绿荧光成像是光谱成像常用的三种技术，近年来在农业中得到越来越多的应用。高光谱遥感在农业中的应用，主要表现在快速、精确地进行作物生长信息的提取、作物长势监测、作物胁迫监测、估算植被(作物)初级生产力与生物量、估算光能利用率和蒸散量以及作物品质遥感监测预报。从而相应调整投入物资的投入量，达到减少浪费，增加产量，改善品质，保护农业资源和环境质量的目的。叶绿素荧光作为光合作用研究的探针，具有特异性、高灵敏度的特点，能快速反映植物生理生态状况，并且能够实现无损检测，在遗传育种、突变株筛选、病虫害检测等众多领域都有着广泛的应用。传统的光谱仪器难以在田间实现大面积作物快速检测，实际农业生产中应用有障碍。

近年来随着无人机技术的发展，运用无人机搭载光谱相机的无人机遥感技术有了显著的发展。低空无人机可以弥补传统监测设备作业范围小、实时监测难等问题，同时弥补了卫星遥感的成本高、受天气状况影响大等问题。无人机遥感可以获取土壤养分、作物长势、病虫害监测等农业生产信息，通过数据解析，进行变量施肥、科学施药、预测病虫害、预测作物产量等。现阶段，无人机的载重量有限，无法搭载多种相机，同时飞行稳定性的还需提高，有安全隐患。电池能源供给和高效利用也是无人机应用过程中亟待科研的重要环节。

为了弥补原有技术手段的不足，该基于光谱成像技术的自走式在线检测装置和方法，通过配有GPS导航系统的自主行走基座在田间自由行走，解决了无人机稳定性差和续航时间短的问题。利用相机平台和侧方检测器搭载多种光谱成像相机和叶绿荧光成像系统在导轨上移动，可以全方位获得多层面的信息数据。该装置和检测方法可以快速、稳定、实时、大范围地获取农情信息，对于指导农业生产具有重大意义。

发明内容

本发明公开了一种基于光谱成像技术的自走式在线检测装置，实现了农情信息的全自动全方位实时监测，对于指导农业生产具有重大意义。本装置解决了补传统监测设备作业范围小、实时监测难等问题，同时弥补了无人机遥感稳定性差和续航时间短的问题。具有自动化程度高、监测范围广、获取数据全面、安全性强等特点。具体技术方案如下：

一种基于光谱成像技术的自走式在线检测装置，包括：

自主行走基座，由底部设有车轮的两侧支架和搭接在两支架顶部间的水平导轨；

沿所述水平导轨滑动的活动座；

通过伸缩杆连接在活动座底部的相机平台；

以及设置在所述相机平台下部的多种光谱成像相机。

本发明中，自主行走基座整体采用中空框架结构，方便在田间从作物间自由通过。同时配有GPS导航系统，可以根据预定规划路线或由电脑实时操控在田间自主行走，定位精度高。利用差分GPS系统，能够实现及时调整行走路线，提高定位、行走的准确度，并记录下检测的位置信息。

作为优选的，所述的多种光谱成像相机包RGB相机、25波段多光谱相机、ADC相机和高光谱相机。

相机平台与竖直伸缩杆相连接。竖直伸缩杆可上下伸缩移动，可根据作物生长周期的高度来调整，保持检测系统离作物冠层高度一致。平台底部通过四个机械增稳云台搭载RGB相机(Sony NEX-7)，25波段多光谱相机(XIMEA工业相机xiQ系列，CMV2K)，ADC相机(Tetracam公司)和高光谱相机(Aisa KESTREL)。搭载不同传感器可以获得多层面的信息数据，不仅可以记录几何轮廓数据，还可以采集图片信息、激光背散射强度、高光谱数据。机械增稳云台固定相机，能满足相机的三个活动自由度：绕X、Y、Z轴旋转，每个轴心内都安装有电机，当无人机倾斜时，同样会配合陀螺仪给相应的云台电机加强反方向的动力，防止相机跟着无人机“倾斜”，从而避免相机抖动，保证画面清晰稳定。通过遥感平台的旋转和机械增稳云台的翻转实现全方位、多角度信息获取。