基於葉綠素螢光及成像技術的植物病害檢測裝置製造方法
2023-11-06 17:20:27
基於葉綠素螢光及成像技術的植物病害檢測裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基於葉綠素螢光及成像技術的植物病害檢測裝置。在光照箱內的底面向上，依次同軸裝有採集平臺，光源和彩色高速相機，彩色高速相機上的可調鏡頭朝下，可調鏡頭上裝有濾光片，用於過濾幹擾光，採集葉綠素螢光圖像，彩色高速相機通過CameraLink線與計算機相連。本實用新型利用藍色LED光源和紅色濾光片，實現了植物葉綠素螢光的激發和採集；用三角形光源結構，實現光源的均勻光照；提供葉綠素螢光圖像，基於紋理特徵和葉脈特徵參數將植物分為健康和病害兩類。
【專利說明】基於葉綠素螢光及成像技術的植物病害檢測裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及植物病害的檢測裝置，特別是涉及一種基於葉綠素螢光及成像技術的植物病害檢測裝置。
【背景技術】
[0002]植物體內能激發螢光的物質主要有多酚類以及光合色素，包括類胡蘿蔔素和葉綠素。在一個或多個波段的激發光激發下，可以得到不同波段下的螢光光譜。
[0003]激發光源的發展由氙氣燈、滷素燈到紫外燈、雷射。近年來，LED以其耗能小，壽命長等優點，成為一種新型光源。並且，LED不會對植物造成灼燒傷害，目前，已有基於LED光源的防除植物病害生長箱(專利申請公布號:CN 102014608 A)。
[0004]植物對藍光的吸收最強，因此藍光的激發效率與其他顏色光相比較高。藍光同時可以激發類胡蘿蔔素和葉綠素螢光，分布在綠光、紅光以及近紅外波段。植物受病害脅迫後，葉片的螢光強度會發生改變，其顏色、紋理等特徵會發生變化。此外，從染病部位分析，葉脈的部位會首先出現變化。以常見的黃瓜病害為例說明:由綠斑花葉病毒引起的黃瓜病毒病，其葉脈出現黃化，並在葉脈周圍出現黃色星形病斑；由病菌引起的黃瓜霜黴病，其表現為沿著主葉脈到支脈、小葉脈，均出現如同鐵鏽色一樣的症狀。葉片受病害脅迫後色素失去活性，螢光信息會減少，嚴重時幾乎沒有螢光信息。因此，通過圖像處理技術，結合葉片葉綠素螢光和葉片紋理、葉脈特徵，能實現健康葉片和病害葉片二者的區分。
[0005]目前的針對植物健康狀況的檢測裝置，在光源的布置方面，實現均勻光照的方法是，採取左右對稱結構或在封閉環境中加入反光物質；在檢測對象方面，大多對植物內自發螢光物質如綠色螢光蛋白進行檢測；在分析方法方面，大多是基於葉綠素螢光光譜信息，鮮有基於葉綠素螢光圖像信息。目前的針對植物健康狀況的檢測裝置的發明，主要目的在於分析植物營養元素的含量，從而判斷植物是否健康，缺少用於區分健康植物和受病毒、病菌脅迫的病害植物的檢測裝置。並且現有的用於病害檢測的裝置，大多採用可見光成像或多光譜成像技術，鮮有將葉綠素螢光和成像技術相結合的檢測方法。
實用新型內容
[0006]本實用新型的目的在於提供一種基於葉綠素螢光及成像技術的植物病害檢測裝置。通過等邊三角形光源結構，提供均勻光照，激發植物葉綠素螢光，同時採集葉綠素螢光圖像，通過植物螢光圖像的紋理和葉脈信息，區分健康植物和病害植物。
[0007]為了達到上述目的，本實用新型採用的技術方案是:
[0008]本實用新型包括光照箱、光源、計算機、彩色高速相機、放置活體植物葉片的採集平臺；在光照箱內的底面向上，依次同軸裝有採集平臺，光源和彩色高速相機，彩色高速相機上的可調鏡頭朝下，可調鏡頭上裝有濾光片，彩色高速相機通過Camera Link線與計算機相連。
[0009]所述的光源包括等邊三角形支架和三個型號相同的藍色LED燈；等邊三角形支架的每個邊中部分別裝有一個藍色LED燈，形成一個等邊三角形光源，等邊三角形光源與等邊三角形支架具有相同的中心O，每個藍色LED燈的光照平面與採集平臺夾角均為45度。
[0010]所述每個藍色LED燈均為LED燈陣列。
[0011]所述濾光片為紅色濾光片，其中心波長為690 nm。
[0012]本實用新型具有的有益效果是:
[0013](I)本實用新型利用藍色LED光源和紅色濾光片，實現了植物葉綠素螢光的激發和米集。
[0014](2)本實用新型改進了光源的結構，用三角形光源結構，實現光源的均勻光照。
[0015](3)本實用新型提供葉綠素螢光圖像，基於紋理特徵和葉脈特徵參數將植物分為健康和病害兩類。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型的結構示意圖。
[0017]圖2是等邊三角形光源結構示意圖。
[0018]圖3是成像原理示意圖。
[0019]圖4是處理過程框圖。
[0020]圖中:1.光照箱，2.光源，3.計算機，4.彩色相機，5.可調鏡頭，6.濾光片，7.採集平臺，8.等邊三角形支架，9.藍色LED燈。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。
[0022]如圖1所示，本實用新型包括光照箱1、光源2、計算機3、彩色高速相機4、放置活體植物葉片的採集平臺7，檢測活體植物葉片置於採集平臺7中心位置附近；在光照箱I內的底面向上，依次同軸裝有採集平臺7，光源2和彩色高速相機4，彩色高速相機4上的可調鏡頭5朝下，可調鏡頭5上裝有濾光片6，彩色高速相機4通過Camera Link線與計算機3相連，彩色高速相機5的幀率是30fps，計算機3安裝有圖像採集卡和採集軟體，對檢測對象進行圖像採集、處理、分析和顯示，光照箱I可以截斷外界光源，避免影響藍色LED燈提供的光。
[0023]如圖2、圖3所示，所述的光源2包括等邊三角形支架8和三個型號相同的藍色LED燈9 ;等邊三角形支架8的每個邊中部分別裝有一個藍色LED燈9，形成一個等邊三角形光源，等邊三角形光源與等邊三角形支架8具有相同的中心0，每個藍色LED燈9的光照平面與採集平臺7夾角均為45度，能提供均勻的光照。
[0024]所述每個藍色LED燈9均為LED燈陣列，每個LED燈的工作電壓為36V，功率為30W。
[0025]所述濾光片6為紅色濾光片，其中心波長為690 nm，與葉綠素螢光波段相同，可用於過濾其他光幹擾。鏡頭物距可調，相應活體植物的不同高度而調整。
[0026]如圖1、圖4所示，確定彩色高速相機4的曝光時間，調整焦距增益，並進行黑白場的標定，消除彩色高速相機4的暗電流噪聲。將葉片放置於採集平臺7中心位置，打開藍色LED9，激發番茄葉片的葉綠素螢光，用計算機3控制彩色高速相機4，採集葉片的葉綠素螢光圖像，對葉綠素螢光圖像進行預處理，其過程包括:自動迭代閾值分割、空洞填充和與操作後，最後得到去除背景的葉片部位的灰度圖。對葉片部位的灰度圖進行圖像分割，再選取以主葉脈為中心位置像素區域的子圖像，對其進行特徵提取，提取步驟包括:採用灰度共生矩陣計算子圖像的紋理特徵參數，採用擊中或擊不中變換提取子圖像的葉脈圖像，對葉脈圖像再使用灰度共生矩陣計算得到葉脈特徵參數，將兩類特徵參數輸入到支持向量機分類器中進行計算。預先設定數值I代表有病害的葉片，數值O代表健康葉片，特徵參數經過分類器的計算後，被劃分為I和O，其中結果為1，則判斷為該參數對應的葉片有病害，所在植物染病，結果為O則判斷該參數對應的葉片為健康，所在植物健康。
【權利要求】
1.基於葉綠素螢光及成像技術的植物病害檢測裝置，其特徵在於:包括光照箱(I)、光源(2)、計算機(3)、彩色高速相機(4)、放置活體植物葉片的採集平臺(7);在光照箱(I)內的底面向上，依次同軸裝有採集平臺(7)，光源(2)和彩色高速相機(4)，彩色高速相機(4)上的可調鏡頭(5)朝下，可調鏡頭(5)上裝有濾光片(6)，彩色高速相機(4)通過CameraLink線與計算機(3)相連。
2.根據權利要求1所述的基於葉綠素螢光及成像技術的植物病害檢測裝置，其特徵在於:所述的光源(2 )包括等邊三角形支架(8 )和三個型號相同的藍色LED燈(9 );等邊三角形支架(8)的每個邊中部分別裝有一個藍色LED燈(9)，形成一個等邊三角形光源，等邊三角形光源與等邊三角形支架(8 )具有相同的中心O，每個藍色LED燈(9 )的光照平面與採集平臺(7)夾角均為45度。
3.根據權利要求2所述的基於葉綠素螢光及成像技術的植物病害檢測裝置，其特徵在於:所述每個藍色LED燈(9)均為LED燈陣列。
4.根據權利要求1所述的基於葉綠素螢光及成像技術的植物病害檢測裝置，其特徵在於:所述濾光片(6)為紅色濾光片,其中心波長為690 nm。
【文檔編號】G01N21/64GK204008466SQ201420341180
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年6月25日 優先權日:2014年6月25日
【發明者】蔣煥煜, 盧勁竹, 崔笛, 周鳴川, 胡楊 申請人:浙江大學