一种便携式作物氮素营养监测光谱仪的制作方法

本实用新型涉及农业技术领域，具体而言，涉及一种便携式作物氮素营养监测光谱仪。

背景技术：

《全国农业现代化规划(2016—2020)》明确提出了以我为主、立足国内、确保产能、适度出口、科技支撑的国家粮食安全战略。近年来，农业科技创新对带动粮食主产区粮食增产，品质提升，对推动经济持续健康发展，做出了巨大贡献。其中，如何实时、动态地监测作物氮素营养状况，科学指导施肥、灌溉等田间操作，越来越受到农业科研人员及企业、合作社和农户的关注。

传统的作物氮素监测方法有外观诊断、化学诊断和叶绿素计诊断。外观诊断虽然直观，但对观察者经验要求较高，且容易出现混淆与误判；化学诊断最为精准，但耗时费力且需要对作物进行破坏性取样；叶绿素计诊断只能反映单株作物营养情况，无法反映大范围农田营养状况。

高光谱成像技术的出现为动态、无损地监测作物氮素营养提供了一条有效途径。通过对某类作物的冠层或叶片高光谱反射率进行分析，确定可用于准确反映氮素含量的特征波段，利用统计分析或数据挖掘的方法构建特征波段与氮素含量的数学模型。之后，在农业生产实践中，如果需要实时地监测此类作物氮素含量，只需将作物的冠层或叶片在特征波段下的反射率代入已建立好的数学模型得出实际值，与经验值进行对比，即可得知作物的氮素含量是否属于正常范围。

技术实现要素：

本实用新型提供一种便携式作物氮素营养监测光谱仪，用以解决传统光谱仪不便携带、价格高、效率低的问题。

为达到上述目的，本实用新型提供了一种便携式作物氮素营养监测光谱仪，包括：主控模块、镜头控制模块、显示模块、图像采集模块、滤波模块、反射率提取模块、供电模块和外壳，其中:

主控模块分别与镜头控制模块、显示模块、图像采集模块、反射率提取模块及供电模块连接；

图像采集模块包括内置镜头和镜头圆盘，镜头圆盘上设有5个滤光镜头，5个滤光镜头分别对应554nm波段、678nm波段、720nm波段、736nm波段和773nm波段，内置镜头用于分别采集上述5个波段对应的光谱图像；

滤波模块与反射率提取模块及图像采集模块连接，用于对上述5个波段分别对应的光谱图像降噪；

镜头控制模块用于带动所述镜头圆盘旋转，以使其中一个滤光镜头与所述内置镜头对正；

反射率提取模块用于从降噪后的5个波段分别对应的光谱图像中提取光谱反射率数值；

主控模块、镜头控制模块、内置镜头、滤波模块、反射率提取模块及供电模块设置于外壳内部，显示模块及镜头圆盘设置于外壳表面。

进一步的，主控模块为一DSP芯片。

进一步的，外壳为手枪状，外壳具有一主体和一手持柄，手持柄上设有电源开关、套手带和充电孔。

进一步的，显示模块为一液晶显示器。

进一步的，镜头圆盘的四周设有外滑轮以及中央设有螺母，外壳上设有外滑轮卡槽以及螺丝，外滑轮卡槽与外滑轮相匹配，螺丝与螺母相匹配，镜头控制模块控制螺丝转动，以带动镜头圆盘中的其中一个滤光镜头与内置镜头对正。

本实用新型采用高光谱成像技术，通过采集554nm波段、678nm波段、720nm波段、736nm波段和773nm波段5个特征波段的反射率数值，为进一步构建特征波段与氮素含量的数学模型并根据数学模型得出作物氮素含量的实际值，并与经验值比较便可得知氮素含量是否在正常范围内做下了铺垫，本实用新型便于携带、造价低且效率高，有效地解决了传统光谱仪不便携带、价格高及效率低的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一个实施例的便携式作物氮素营养监测光谱仪内部各结构连接示意图；

图2为本实用新型一个实施例的便携式作物氮素营养监测光谱仪整体结构示意图；

图3为本实用新型一个实施例的便携式作物氮素营养监测光谱仪镜头圆盘结构示意图。

附图标记说明：1-显示模块；2-主控模块；3-供电模块；4-反射率提取模块；5-滤波模块；6-图像采集模块；7-镜头控制模块；8-外壳；9-电源开关；10-手持柄；11-套手带；12-充电孔；13-内置镜头；14-螺丝；15-外滑轮卡槽；16-滤光镜头1；17-滤光镜头2；18-螺母；19-滤光镜头3；20-滤光镜头4；21-滤光镜头5；22-外滑轮。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型一个实施例的便携式作物氮素营养监测光谱仪内部各结构连接示意图，图2为本实用新型一个实施例的便携式作物氮素营养监测光谱仪整体结构示意图，图3为本实用新型一个实施例的便携式作物氮素营养监测光谱仪镜头圆盘结构示意图，如图1、图2及图3所示，便携式作物氮素营养监测光谱仪包括：显示模块1、主控模块2、供电模块3、反射率提取模块4、滤波模块5、图像采集模块6、镜头控制模块7、外壳8、电源开关9、手持柄10、套手带11、充电孔12、内置镜头13、螺丝14、外滑轮卡槽15、第一滤光镜头16、第二滤光镜头17、螺母18、第三滤光镜头19、第四滤光镜头20、第五滤光镜头21、外滑轮22，其中：

主控模块2分别与镜头控制模块7、显示模块1、图像采集模块6、反射率提取模块4及供电模块3连接；

图像采集模块6包括内置镜头13和镜头圆盘，镜头圆盘上设有第一滤光镜头到第五滤光镜头共5个滤光镜头，其中，第一滤光镜头16对应554nm波段、第二滤光镜头17对应678nm波段、第三滤光镜头19对应720nm波段、第四滤光镜头20对应736nm波段、第五滤光镜头21对应773nm波段，内置镜头13用于分别采集上述5个波段对应的光谱图像；

滤波模块5与反射率提取模块4及图像采集模块6连接，用于对上述5个波段分别对应的光谱图像降噪；

镜头控制模块7用于带动所述镜头圆盘旋转，以使其中一个滤光镜头与所述内置镜头13对正；

反射率提取模块4用于从降噪后的5个波段分别对应的光谱图像中提取光谱反射率数值；

主控模块2、镜头控制模块7、内置镜头13、滤波模块5、反射率提取模块4及供电模块3设置于外壳8内部，显示模块1及镜头圆盘设置于外壳8表面。

进一步的，主控模块2为一DSP芯片。

进一步的，外壳8为手枪状，外壳8具有一主体和一手持柄10，手持柄10上设有电源开关9、套手带11和充电孔12。

进一步的，显示模块1为一液晶显示器。

进一步的，镜头圆盘的四周设有外滑轮22以及中央设有螺母18，外壳8上设有外滑轮卡槽15以及螺丝14，外滑轮卡槽15与外滑轮22相匹配，螺丝14与螺母18相匹配，镜头控制模块7控制螺丝14转动，以带动镜头圆盘中的其中一个滤光镜头与内置镜头13对正。

本实用新型中的滤光镜头圆盘可拆卸，方便替换其他滤光镜头，除此之外，本实用新型的其他模块都可以用其他具有相同功能的模块替换，以实现更加完善的功能。

便携式作物氮素营养监测光谱仪的工作过程如下：

(1)将镜头圆盘上的螺母18与仪器机身的螺丝14拧合，使得内置镜头13与第一滤光镜头16对正，按下电源开关9；

(2)使用者握持住手持柄10，使得第一滤光镜头16对准植株冠层或叶片，主控模块2控制图像采集模块6采集第一幅光谱图像；

(3)滤波模块5对采集到的第一幅光谱图像进行降噪；

(4)反射率提取模块4提取经降噪后的第一幅光谱图像的反射率数值；

(5)主控模块2控制镜头控制模块7使螺丝14旋转，螺丝14带动镜头圆盘旋转并使第二滤光镜头17与内置镜头13对正，然后重复步骤(2)～(4)，直到采集完第一滤光镜16头至第五滤光镜21头分别对应的第一幅光谱图像至第五幅光谱图像的反射率数值，主控模块2控制这5个反射率数值通过显示模块1显示出来。

本实用新型采用高光谱成像技术，通过采集554nm波段、678nm波段、720nm波段、736nm波段和773nm波段5个特征波段的反射率数值，为进一步构建特征波段与氮素含量的数学模型并根据数学模型得出作物氮素含量的实际值，并与经验值比较便可得知氮素含量是否在正常范围内做下了铺垫，本实用新型便于携带、造价低且效率高，有效地解决了传统光谱仪不便携带、价格高及效率低的问题。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本实用新型所必须的。

本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围。