专利名称：油菜氮素营养多光谱图像诊断系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种油菜氮素营养多光谱图像诊断系统。
背景技术：
氮素营养诊断是植物营养诊断的核心。氮肥是全世界施用量最大的一类化学肥料，同时也是推荐施肥中最难于准确定量的一种肥料。究其原因，主要是由于缺乏能够准确、迅速、经济地判断作物氮营养状况及确定氮肥需要量的测试方法。长期以来，作物的氮营养诊断和氮肥的推荐施肥都是以实验室常规测试为基础，而传统的测试手段在取样、测定、数据分析等方面需要耗费大量的人力、物力，时效性差，且通常为破坏性检测，不利于推广应用。
发明内容
为了克服推荐施肥中氮素难于准确定量的问题，本实用新型的目的是提供了一种油菜氮素营养多光谱图像诊断系统，能对油菜氮素营养状况进行快速、准确、非破坏性的诊断。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是1、一种油菜氮素营养多光谱图像诊断方法3CCD多光谱摄像系统采用具有近红外、红色和绿色三个通道的多光谱摄像系统，由计算机通过RS-232串行口进行控制采集图像信息，其采集的油菜冠层多光谱图像信息和标定板多光谱图像信息通过数字图像采集线送到图像接收板，再经由图像接收板输入计算机中，经过Matlab图像处理软件，计算出油菜叶面反射率值，与正常反射率值进行比较分析，来诊断油菜氮素营养状况。
2、一种油菜氮素营养多光谱图像诊断系统3CCD多光谱摄像系统的一端接油菜冠层多光谱图像信息和标定板多光谱图像信息，3CCD多光谱摄像系统的另一端有两个接口，一个通过RS-232接口接计算机串行口，另一个通过数字图像采集线接图像接收板；图像接收板输出端接计算机，图像接收板安装在计算机主板的扩展槽上。
本实用新型与背景技术相比具有的有益效果是(1)功能强大，可实现对油菜氮素营养状况的快速、准确、非破坏性的诊断；(2)结构简单，整个测量装置只由一个3CCD多光谱成像系统、一个图像接收板、一台计算机、车载蓄电池、逆变电源转换器、一块标定板和一辆装有机械臂的敞篷车组成；(3)使用方便，只要将测量装置中的各组成部件按照要求连接起来，就可以进行测量；(4)具有良好的经济效益，传统的测量手段在取样、测定、数据分析等方面需要耗费大量的人力、物力，且效性差，本实用新型因结构简单、制作方便，可以快速、准确的测量油菜叶面的多光谱图像信息，分析得到油菜的氮元素营养水平，从而实现实时、无损检测油菜氮素营养水平。
图1是油菜氮素营养多光谱图像诊断系统的结构原理框图；图2是油菜氮素营养多光谱图像诊断系统的流程图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型的3CCD多光谱摄像系统的一端接油菜冠层多光谱图像信息和标定板多光谱图像信息，3CCD多光谱摄像系统的另一端有两个接口，一个通过RS-232接口接计算机串行口，另一个通过数字图像采集线接图像接收板；图像接收板输出端接计算机，图像接收板安装在计算机主板的扩展槽上。
在图1中，3CCD多光谱摄像系统采用具有近红外、红色和绿色三个通道的多光谱摄像系统，由计算机通过RS-232串行口进行控制采集图像信息，其采集的油菜冠层多光谱图像信息和标定板多光谱图像信息通过数字图像采集线送到图像接收板，在经由图像接收板输入计算机中，经过Matlab图像处理软件，计算出油菜叶面反射率值，与正常反射率值进行比较分析，来诊断油菜氮素营养状况。
如图2所示，3CCD多光谱摄像系统采集的油菜冠层多光谱图像信息和标定板多光谱图像信息输入到Matlab程序中进行处理。第一步，计算标定板在绿、红、近红外单色图像中的平均灰度值；第二步，结合标定板在绿、红和近红外波段相应的反射率值，建立标定板在三通道中的图像灰度和反射率的经验线性标定模型；第三步，对图像的土壤背景进行预处理，将土壤和叶面图像分离，同时计算出油菜叶面在绿、红、近红外三波段的反射率数据；第四步，将油菜叶面的反射率数据输入到油菜叶面反射率与氮含量的回归模型，预测油菜的氮含量；第五步，油菜氮含量的预测值与油菜正常氮含量相比较，判断油菜的氮含量营养元素水平。
本系统由3CCD多光谱成像系统、计算机、图像接收板、标定板、敞篷车、机械臂及电源组成。在一辆敞篷车上安装了可将3CCD多光谱摄像系统伸展到俯视田间作物位置的机械臂，其最长伸展长度距离为3.5米，最大离地高度为3.5米。车上装备有车载蓄电池和逆变电源转换器，可以为3CCD多光谱摄像系统和计算机提供220V交流电。实时的多光谱油菜氮含量测量装置主要由一个具有近红外、红色和绿色三个通道的多光谱摄像系统、图像接收板、计算机和标定板组成。多光谱摄像系统将摄入光源经过滤，实时分离成绿(550nm)，红(650nm)，近红外(800nm)三个波段通道的单色图像，通过图像接收板连接到计算机。多光谱油菜氮含量测量装置采集的图像，由计算机中的Matlab软件进行图像处理，包括背景噪声的消除和作物叶片的光照反射分析。由于不同光照条件下叶面反射率也随之不同。因此设计了反射率标定板，在将叶面图像数据转换为叶面反射率数据时，对数据进行标定。经过计算的反射率将会与正常氮含量水平的油菜叶片反射率相比较，经过分析，判断油菜的氮含量营养元素水平，并施氮肥提供决策支持。
所说的图像接收板包括任何品牌、型号的图像接收板。所说的机械臂由金属制作而成，可以根据要求调节其距离地面的高度和距离敞篷车的伸展长度。所说的电源包括任何品牌、型号的蓄电池和逆变电源转换器。所说的标定板由两块或两块以上具有不同反射率的板组成。
3CCD多光谱成像系统为美国redlake公司的MS3100Duncan Camera；图象接收板为美国National Instrument公司的PCI-1424或PCI-1428图象接收板。
权利要求1.一种油菜氮素营养多光谱图像诊断系统，其特征在于3CCD多光谱摄像系统的一端接油菜冠层多光谱图像信息和标定板多光谱图像信息，3CCD多光谱摄像系统的另一端有两个接口，一个通过RS-232接口接计算机串行口，另一个通过数字图像采集线接图像接收板；图像接收板输出端接计算机，图像接收板安装在计算机主板的扩展槽上。
专利摘要本实用新型公开了一种油菜氮素营养多光谱图像诊断系统。3CCD多光谱摄像系统的一端接油菜冠层多光谱图像信息和标定板多光谱图像信息，多光谱摄像系统的另一端有两个接口，一个通过RS－232接口接计算机串行口，另一个通过数字图像采集线接图像接收板；图像接收板输出端接计算机。多光谱摄像系统通过机械臂安装在敞篷车上，运行到田间，利用机械臂将装置其上的多光谱摄像系统伸展至所需拍摄的油菜之上。由多光谱摄像系统采集油菜冠层多光谱图像信息。在计算机的控制下，实现数据的采集、存储、显示和处理功能。本实用新型主要用于快速、准确、非破坏性的诊断田间油菜氮素营养状况，对提高精确施肥的决策水平、实现精细农业起到积极的作用。
文档编号G01N21/25GK2854585SQ200520134360
公开日2007年1月3日 申请日期2005年12月28日 优先权日2005年12月28日
发明者何勇, 黄敏, 冯雷, 朱哲燕, 岑海燕 申请人:浙江大学