油菜氮素營養多光譜圖像診斷系統的製作方法
2023-10-05 02:00:09 2
專利名稱：油菜氮素營養多光譜圖像診斷系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種油菜氮素營養多光譜圖像診斷系統。
背景技術：
氮素營養診斷是植物營養診斷的核心。氮肥是全世界施用量最大的一類化學肥料，同時也是推薦施肥中最難於準確定量的一種肥料。究其原因，主要是由於缺乏能夠準確、迅速、經濟地判斷作物氮營養狀況及確定氮肥需要量的測試方法。長期以來，作物的氮營養診斷和氮肥的推薦施肥都是以實驗室常規測試為基礎，而傳統的測試手段在取樣、測定、數據分析等方面需要耗費大量的人力、物力，時效性差，且通常為破壞性檢測，不利於推廣應用。
發明內容
為了克服推薦施肥中氮素難於準確定量的問題，本實用新型的目的是提供了一種油菜氮素營養多光譜圖像診斷系統，能對油菜氮素營養狀況進行快速、準確、非破壞性的診斷。
本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是1、一種油菜氮素營養多光譜圖像診斷方法3CCD多光譜攝像系統採用具有近紅外、紅色和綠色三個通道的多光譜攝像系統，由計算機通過RS-232串行口進行控制採集圖像信息，其採集的油菜冠層多光譜圖像信息和標定板多光譜圖像信息通過數字圖像採集線送到圖像接收板，再經由圖像接收板輸入計算機中，經過Matlab圖像處理軟體，計算出油菜葉面反射率值，與正常反射率值進行比較分析，來診斷油菜氮素營養狀況。
2、一種油菜氮素營養多光譜圖像診斷系統3CCD多光譜攝像系統的一端接油菜冠層多光譜圖像信息和標定板多光譜圖像信息，3CCD多光譜攝像系統的另一端有兩個接口，一個通過RS-232接口接計算機串行口，另一個通過數字圖像採集線接圖像接收板；圖像接收板輸出端接計算機，圖像接收板安裝在計算機主板的擴展槽上。
本實用新型與背景技術相比具有的有益效果是(1)功能強大，可實現對油菜氮素營養狀況的快速、準確、非破壞性的診斷；(2)結構簡單，整個測量裝置只由一個3CCD多光譜成像系統、一個圖像接收板、一臺計算機、車載蓄電池、逆變電源轉換器、一塊標定板和一輛裝有機械臂的敞篷車組成；(3)使用方便，只要將測量裝置中的各組成部件按照要求連接起來，就可以進行測量；(4)具有良好的經濟效益，傳統的測量手段在取樣、測定、數據分析等方面需要耗費大量的人力、物力，且效性差，本實用新型因結構簡單、製作方便，可以快速、準確的測量油菜葉面的多光譜圖像信息，分析得到油菜的氮元素營養水平，從而實現實時、無損檢測油菜氮素營養水平。
圖1是油菜氮素營養多光譜圖像診斷系統的結構原理框圖；圖2是油菜氮素營養多光譜圖像診斷系統的流程圖。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型的3CCD多光譜攝像系統的一端接油菜冠層多光譜圖像信息和標定板多光譜圖像信息，3CCD多光譜攝像系統的另一端有兩個接口，一個通過RS-232接口接計算機串行口，另一個通過數字圖像採集線接圖像接收板；圖像接收板輸出端接計算機，圖像接收板安裝在計算機主板的擴展槽上。
在圖1中，3CCD多光譜攝像系統採用具有近紅外、紅色和綠色三個通道的多光譜攝像系統，由計算機通過RS-232串行口進行控制採集圖像信息，其採集的油菜冠層多光譜圖像信息和標定板多光譜圖像信息通過數字圖像採集線送到圖像接收板，在經由圖像接收板輸入計算機中，經過Matlab圖像處理軟體，計算出油菜葉面反射率值，與正常反射率值進行比較分析，來診斷油菜氮素營養狀況。
如圖2所示，3CCD多光譜攝像系統採集的油菜冠層多光譜圖像信息和標定板多光譜圖像信息輸入到Matlab程序中進行處理。第一步，計算標定板在綠、紅、近紅外單色圖像中的平均灰度值；第二步，結合標定板在綠、紅和近紅外波段相應的反射率值，建立標定板在三通道中的圖像灰度和反射率的經驗線性標定模型；第三步，對圖像的土壤背景進行預處理，將土壤和葉面圖像分離，同時計算出油菜葉面在綠、紅、近紅外三波段的反射率數據；第四步，將油菜葉面的反射率數據輸入到油菜葉面反射率與氮含量的回歸模型，預測油菜的氮含量；第五步，油菜氮含量的預測值與油菜正常氮含量相比較，判斷油菜的氮含量營養元素水平。
本系統由3CCD多光譜成像系統、計算機、圖像接收板、標定板、敞篷車、機械臂及電源組成。在一輛敞篷車上安裝了可將3CCD多光譜攝像系統伸展到俯視田間作物位置的機械臂，其最長伸展長度距離為3.5米，最大離地高度為3.5米。車上裝備有車載蓄電池和逆變電源轉換器，可以為3CCD多光譜攝像系統和計算機提供220V交流電。實時的多光譜油菜氮含量測量裝置主要由一個具有近紅外、紅色和綠色三個通道的多光譜攝像系統、圖像接收板、計算機和標定板組成。多光譜攝像系統將攝入光源經過濾，實時分離成綠(550nm)，紅(650nm)，近紅外(800nm)三個波段通道的單色圖像，通過圖像接收板連接到計算機。多光譜油菜氮含量測量裝置採集的圖像，由計算機中的Matlab軟體進行圖像處理，包括背景噪聲的消除和作物葉片的光照反射分析。由於不同光照條件下葉面反射率也隨之不同。因此設計了反射率標定板，在將葉面圖像數據轉換為葉面反射率數據時，對數據進行標定。經過計算的反射率將會與正常氮含量水平的油菜葉片反射率相比較，經過分析，判斷油菜的氮含量營養元素水平，並施氮肥提供決策支持。
所說的圖像接收板包括任何品牌、型號的圖像接收板。所說的機械臂由金屬製作而成，可以根據要求調節其距離地面的高度和距離敞篷車的伸展長度。所說的電源包括任何品牌、型號的蓄電池和逆變電源轉換器。所說的標定板由兩塊或兩塊以上具有不同反射率的板組成。
3CCD多光譜成像系統為美國redlake公司的MS3100Duncan Camera；圖象接收板為美國National Instrument公司的PCI-1424或PCI-1428圖象接收板。
權利要求1.一種油菜氮素營養多光譜圖像診斷系統，其特徵在於3CCD多光譜攝像系統的一端接油菜冠層多光譜圖像信息和標定板多光譜圖像信息，3CCD多光譜攝像系統的另一端有兩個接口，一個通過RS-232接口接計算機串行口，另一個通過數字圖像採集線接圖像接收板；圖像接收板輸出端接計算機，圖像接收板安裝在計算機主板的擴展槽上。
專利摘要本實用新型公開了一種油菜氮素營養多光譜圖像診斷系統。3CCD多光譜攝像系統的一端接油菜冠層多光譜圖像信息和標定板多光譜圖像信息，多光譜攝像系統的另一端有兩個接口，一個通過RS－232接口接計算機串行口，另一個通過數字圖像採集線接圖像接收板；圖像接收板輸出端接計算機。多光譜攝像系統通過機械臂安裝在敞篷車上，運行到田間，利用機械臂將裝置其上的多光譜攝像系統伸展至所需拍攝的油菜之上。由多光譜攝像系統採集油菜冠層多光譜圖像信息。在計算機的控制下，實現數據的採集、存儲、顯示和處理功能。本實用新型主要用於快速、準確、非破壞性的診斷田間油菜氮素營養狀況，對提高精確施肥的決策水平、實現精細農業起到積極的作用。
文檔編號G01N21/25GK2854585SQ200520134360
公開日2007年1月3日 申請日期2005年12月28日 優先權日2005年12月28日
發明者何勇, 黃敏, 馮雷, 朱哲燕, 岑海燕 申請人:浙江大學