[发明专利]一种基于光谱反射的茶树重叠叶面积指数检测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种叶面积检测方法，特别涉及一种基于光谱反射的茶树重叠叶面积指数检测装置及方法。

背景技术

叶面积指数(Leaf Area Index，LAI)为植物冠层表面物质、能量交换的描述提供结构化的定量信息，它是指一块地上作物叶片的总面积与占地面积的比值，是估计植物冠层功能的重要参数，也是生态系统的一个重要结构参数，可以用来反映植物叶面数量、冠层结构变化、植物群落生命活力及其环境效应。目前，LAI的检测方法中间接光学模型的测量方法主要研究空隙率，即冠层内太阳辐射未被截取的概率，进而出现一系列基于空隙分析的冠层LAI分析仪器。然而，由于叶子大量重叠，在叶面积指数达5～6倍的时候，单位土地面积上的叶片总面积较大导致空隙很小，利用普通冠层分析仪器检测不能分析叶片的重叠，测量值比直接测量测得的数据要小的多。

茶叶是全球最普及的日常饮品之一，遍销海内外。茶在中国具有悠久的历史，尤其中国的茶文化反映出中华民族悠久的文明和礼仪。中国茶叶所含的儿茶素、胆甾烯酮、咖啡碱、肌醇、叶酸、泛酸等多种成分，在综合作用下，有预防和抑制肥胖的功效。截至2014年，我国茶叶总产量达到195万吨，总种植面积达到274万hm2，对外贸易出口总量达30.1万吨，为我国创造了巨大的经济收入。茶树的叶子和其他果树的叶子有所区别，茶树的叶子比较茂密，叶片基本都是重叠的，因此为叶面积指数的检测带来了一定的难度。

发明内容

本发明的第一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种结构简单、制作成本低的基于光谱反射的茶树重叠叶面积指数检测装置，通过该装置能够快速且准确的检测出茶树的叶面积指数。

本发明的第二目的在于提供一种上述基于光谱反射的茶树重叠叶面积指数检测装置实现的茶树重叠叶面积指数检测方法。

本发明的第一目的通过下述技术方案实现：一种基于光谱反射的茶树重叠叶面积指数检测装置，包括直射光源、光电探测器、数据采集卡以及上位机，所述光电探测器包括光电反射传感器以及光电信号调理电路；

所述光电反射传感器连接光电信号调理电路的输入端，光电信号调理电路的输出端通过数据总线连接数据采集卡，数据采集卡连接上位机；

所述直射光源的出光口设置有一个反光杯；所述光电反射传感器布置在直射光源出光口边缘，接收直射光源发出后所反射回来的光。

优选的，所述直射光源布置于十字支架下方。

优选的，所述直射光源是输出波长为808nm的近红外激光器。

优选的，所述光电探测器包括多个光电反射传感器，所述多个光电反射传感器串联后连接光电信号调理电路输入端。

优选的，所述光电反射传感器为红外硅光电池。

优选的，所述反光杯为铝灯杯，铝灯杯内部经过真空电镀处理。

本发明的第二目的通过下述技术方案实现：一种基于权利要求1所述的基于光谱反射的茶树重叠叶面积指数检测装置实现的基于光谱反射的茶树重叠叶面积指数检测方法，步骤如下：

步骤S1、首先进行拟合测试，获取到光电探测器输出的电压信号的电压值与茶树叶片重叠层数之间的关系，具体过程如下：寻找相应层数的茶树叶片作为测试对象，然后将反光杯放置在测试对象上方，并且移动反光杯对每一测试对象进行多次测试，每次测试时，光电探测器将茶树叶片反射回的光信号转换为电压信号，然后将电压信号经过数据采集卡采集至上位机；将寻找到的多种层数的茶树叶片测试对象经过上述测试后，由上位机拟合得到光电探测器输出的电压信号的电压值Y和茶树叶片重叠层数X之间的函数关系；

步骤S2、上位机进行参数设置：根据步骤S1中拟合得到的光电探测器输出的电压信号的电压值Y和茶树叶片重叠层数X之间的函数关系设置一个电压阈值；

步骤S3、当进行茶树叶的叶面积指数检测时，进行如下操作：

将反光杯分别依次放置于各测试点上方进行测试，光电探测器将茶树叶片反射回的光信号转换为电压信号，然后将电压信号经过数据采集卡采集至上位机，上位机判断光电探测器输出电压信号的电压值是否超过电压阈值；若否，则表示反光杯下方测试点不存在茶树叶片；若是，则表示反光杯下方测试点存在茶树叶片；其中，针对于存在茶树叶片的每一测试点，上位机根据反光杯放置于该测试点上方时光电探测器输出电压信号的电压值，利用光电探测器输出的电压信号的电压值Y和茶树叶片重叠层数X之间的函数关系，计算出该测试点的茶树叶片重叠层数；