[发明专利]一种环境可控的作物营养水分高光谱图像检测装置

摘要

本发明涉及作物的营养诊断，特指一种环境可控的作物营养水分高光谱图像检测装置。该装置包含高光谱成像系统和光箱系统。高光谱成像系统通过采集作物可见光-近红外高光谱图像数据立方体，能够对作物营养和水分的视觉图像特征以及反射强度分布特征进行提取和分析。光箱系统可以对光照、温度、湿度等检测环境进行标准值预设和调控，既能够为对作物营养和水分的高光谱检测提供稳定的检测环境；同时，通过对环境信息的调控，可以对不同环境条件下的作物营养和水分的高光谱图像特征进行研究。通过对可见光-近红外高光谱图像特征的优化，并结合环境监测信息，能够有效降低光强等环境因子变化所产生的误差影响，实现对作物营养和水分信息的快速检测。

主权项

一种环境可控的作物营养水分高光谱图像检测装置，其特征在于：所述装置包含高光谱成像系统和可实现环境信息采集调控的光箱系统；所述的高光谱成像系统包括相机(4)、成像光谱仪(3)、镜头(2)和计算机(10)，其中镜头(2)位于成像光谱仪(3)前端，成像光谱仪(3)后端输出与相机(4)相连，相机(4)通过总线接口与计算机(10)相连，高光谱成像系统能够在连续的谱段上对同一目标以2～5nm的高分辨率用数百个波段进行连续成像，构成一个按光谱波长顺序排列的图像数据立方体，将光谱成像数据立方体经总线接口高速传输到计算机(10)，计算机(10)以2～5nm波长细分的高分辨率进行高光谱特征的抽取和筛选，实现对样本高光谱图像信息的采集与分析；所述光箱系统包含光源系统(6)、环境信息采集调控系统、载物台(13)、位移台(12)、位移台控制器(9)、高光谱探头架(5)和光箱壳体(15)；所述光源系统(6)包含两组照明装置，第一组照明装置由能够消除色差影响的标准光源组成；第二组照明装置光源采用近红外成分丰富的卤素灯光源，两组光源均由光源控制器(7)调控；所述环境信息采集调控系统包括环境信息采集模块和环境信息控制模块，用于实现光箱内光照、温度、湿度等环境信息的设定、采集和调控；所述环境信息采集模块包含辐照度和温湿度传感器(1)和数据采集卡(8)，辐照度和温、湿度传感器(1)所采集的光照和环境温湿度信息通过数据采集卡(8)上传计算机(10)，用来实现光箱内环境信息的实时采集和监测；所述环境信息控制模块包含光源控制器(7)、温度控制器(14)和湿度控制器(11)，能够对光箱内样本的光照和环境温湿度进行设定和调控；所述载物台(13)和位移台(12)位于光箱系统的下方，载物台(13)可根据样本的高度和大小调整高度，调节范围为1m，位移台(12)固定在载物台(13)的正中位置，检测时样本置于位移台(12)上，实现样本在平面的横向和纵向不同设定速度下的匀速位移动作，以配合高光谱成像系统在位移台(12)承载样本移动的过程中，用线扫描的方式完成可见光近红外高光谱图像的采集；所述的高光谱探头架(5)位于光箱系统的顶部的中心位置，用来安装固定相机(4)、成像光谱仪(3)和镜头(2)，高度可根据检测对象大小和作物高度情况进行调节；所述辐照度和温湿度传感器(1)被固定在光箱壳体(15)的一侧，高度位置随样本的大小和视场可调；所述的光箱壳体(15)采用轻质铝合金框架，外层为金属屏蔽层，内衬为黑色的绝缘漫反射材料，信号传输均采用同轴电缆。