[发明专利]一种便携式草地生物量无损伤测量装置

权利要求书

1.一种便携式草地生物量无损伤测量装置，其特征在于，包括壳体(10)、固态面阵激光雷达(1)、RGB图像获取模块(2)、嵌入式信号处理板(3)、显示屏(4)以及手持端(7)；

其中，所述固态面阵激光雷达(1)用于获取被测草地的相对距离图像，并根据相对距离图像获得草地区域的草地高度分布直方图；

所述RGB图像获取模块(2)用于获取被测草地的RGB图像；

所述嵌入式信号处理板(3)用于根据所述RGB图像识别出的有草区域和无草区域，并得到有草区域覆盖度；

所述显示屏(4)用于显示测量装置的工作状态和草地区域覆盖度以及草地高度测量结果；

所述手持端(7)固定在壳体(10)上。

2.如权利要求1所述的一种便携式草地生物量无损伤测量装置，其特征在于，固态面阵激光雷达(1)包括激光发射模块(11)、激光发射透镜组(12)、激光接收透镜组(13)、窄带滤光片(14)、集成CMOS光电测距芯片(15)、光源驱动电路模块(16)和距离信息处理模块(17)；

所述光源驱动电路模块(16)驱动激光发射模块(11)发出激光信号；并由激光发射透镜组(12)向待测草地发射；激光接收透镜组(13)收目标反射的激光信号，经窄带滤光片(14)滤除杂散光；集成CMOS光电测距芯片(15)计算固态面阵激光雷达(1)到草地的相对距离图像；所述距离信息处理模块(17)获得被测草地的高度分布直方图。

3.如权利要求1所述的一种便携式草地生物量无损伤测量装置，其特征在于，所述集成CMOS光电处理芯片(15)对回波信号进行多相位窗电荷累积积分并得到相对距离图像的具体过程为：

集成CMOS光电处理芯片(15)的每个像素点按照4个不同相位窗依次接收回波信号，得到4组不同相位的积分电荷Q₁、Q₂、Q₃和Q₄；其中，Q₁、Q₂、Q₃和Q₄分别为相位窗相对于反射的调制光信号的移动相位为0度、180度、90度以及动270度时的积分电荷；计算光信号在集成CMOS光电处理芯片的每个像素点与草地之间往返的相位差其中∑Q₁、∑Q₂、∑Q₃和∑Q₄分别为积分电荷的多次累积结果；

然后根据每个像素点对应的相位差间接计算出往返时间t，再根据光速c计算集成CMOS光电处理芯片(15)的每个像素点与草地之间的距离，由此得到固态面阵激光雷达(1)与草地之间的距离图像。

4.如权利要求3所述的一种便携式草地生物量无损伤测量装置，其特征在于，距离信息处理模块(17)计算草地区域的分布直方图的具体过程为：

距离图像中查找草地区域中各个像素点对应的距离，将各个像素点对应的距离乘以得到d_i′，其中夹角表示固态面阵激光雷达(1)中心像素位置与各像素点位置的夹角；在d_i′中寻找最大值d_max；根据RGB图像获取模块(2)识别的草地中有草区域和无草区域，将无草区域中各像素点的距离信息置为d_max；再根据d_i′和d_max得到真实的草地高度d_max-d_i′；根据草地高度绘制被测草地的高度分布直方图。

5.如权利要求1所述的一种便携式草地生物量无损伤测量装置，其特征在于，所述固态面阵激光雷达(1)和RGB图像获取模块(2)固定在壳体(10)的底部。

6.如权利要求1所述的一种便携式草地生物量无损伤测量装置，其特征在于，还包括GPS模块(6)，置于壳体(10)顶部，用于采集当前草地位置的GPS信息。

7.如权利要求1所述的一种便携式草地生物量无损伤测量装置，其特征在于，还包括控制按键(5)，置于壳体(10)的顶部，控制测量装置进行工作。

8.如权利要求1所述的一种便携式草地生物量无损伤测量装置，其特征在于，还包括电池(8)以及电源模块(9)，用于给测量装置供电。