[发明专利]高通量同步获取植物反射光谱和吸收光谱图像的装置及其工作方法

权利要求书

1.一种高通量同步获取植物反射光谱和吸收光谱图像的装置，其特征在于：包括大箱体、LED面阵列光源、空间移动平台、图像采集模块、控制模块、载物台、抽拉架、载物盒和万向轮；所述空间移动平台，包括空间移动轨道组件；所述空间移动轨道组件包括X、Y、Z三个方向的主轨道；整个空间移动结构，采用三轴联动系统，X、Y轴上采用同步带+直线导轨副的传动方式，Z轴上则采用滚珠丝杆副+直线导轨副的传动方式；

所述图像采集模块，安装在空间移动平台的Z轴方向的移动组件上，用于采集植物反射光谱图像和吸收光谱图像；

所述控制模块包括一个上位机、单片机模块和一个电控箱；所述单片机模块包括一个主单片、第一从单片机和第二从单片机；所述主单片机与所述上位机连接，所述第一从单片机和第二从单片机均与所述主单片机连接，用以通过上位机控制所述主单片机，进而控制第一、第二从单片机；所述第一从单片机与所述空间移动平台连接，用以控制所述空间移动平台移动；所述第二从单片机与所述图像采集模块连接，用以控制图像采集模块；所述的电控箱包括电机驱动模块及电源供应模块；所述电源供应模块分别与所述LED面阵列光源、空间移动平台、图像采集模块和控制模块连接，用以为上述模块供电。

2.根据权利要求1所述的一种高通量同步获取植物反射光谱和吸收光谱图像的装置，其特征在于：所述的X轴方向上的主轨道由一对分居平台两侧的导轨滑块机构及分别带动导轨滑块机构的一组同步带传动机构组成，有效行程1300mm；同时所述同步带传动机构上安装有两个电机；为保证两侧滑块机构运行状态、运动方向、速度一致，安装在同步带传动机构上的两个电机由同一的第一从单片机控制，再通过传动带带动滑块运动。

3.根据权利要求1所述的一种高通量同步获取植物反射光谱和吸收光谱图像的装置，其特征在于：所述的Y轴方向上的主轨道由两个平行的导轨滑块机构和一组同步带传动机构组成，有效行程800mm；两根导轨两侧分别固定在220mm的铝型材上，同步带结构安装在两导轨中间位置，将开环同步带通过齿板和长螺栓固定在Y、Z轴连接板上，并使用螺栓将连接板固定在Y轴滑块上，用以实现将带轮的旋转运动转化为滑块的直线运动，进而带动Z轴的机构在Y轴方向上进行直线运动。

4.根据权利要求1所述的一种高通量同步获取植物反射光谱和吸收光谱图像的装置，其特征在于：所述的Z轴方向上的主轨道采用丝杆滑块机构，有效行程500mm；丝杆滑块机构包括滚珠丝杆副和直线导轨副；丝杆滑块的螺母座通过一块厚度为 2mm、长560mm的矩形铁片与图像采集模块连接起来。

5.根据权利要求1所述的一种高通量同步获取植物反射光谱和吸收光谱图像的装置，其特征在于：所述的图像采集模块为一个侧壁处设有反光镜的箱体，所述箱体与所述丝杆滑块的螺母座通过矩形铁片连接；所述箱体内设置有作为激发光源的光源组件、摄像单元、10毫米的镜头、装在镜头上的滤波轮、装在滤波轮上的滤光片、推动滤波轮转动的步进电机、固定步进电机的电机支撑架、用于放置第二从单片机的控制板及容纳植物、激发光源和摄像单元的封闭箱；所述控制板与所述光源组件连接，用以在上位机控制主单片机进而控制第二从单片机的情况下控制改变光源；所述控制板与所述步进电机连接，用以在上位机控制主单片机进而控制第二从单片机的情况下控制步进电机的转动，从而带动滤波轮的转动，利用滤波轮上的滤光片实现对射向摄像单元进光端的光线进行过滤；所述控制板还与所述摄像单元连接，用以在上位机控制主单片机进而控制第二从单片机的情况下控制所述摄像单元进行图像采集，并将采集的图像回传到所述上位机进行图像显示和分类保存；

所述摄像单元的拍照方向指向封闭箱内植物；摄像单元前方设有镜头，摄像单元和镜头之间设有滤波轮；所述光源组件可在第二从单片机控制下改变光源, 在采集吸收光谱图像时，将会打开620nm红色光源及380nm紫色光源；采集反射光谱图像时，将会依次打开中心波长为460 nm、520 nm、580 nm、660 nm、710 nm 、730 nm、760 nm、780 nm、810 nm、850 nm、900nm、940 nm 的多光谱光源。