便携式智能多光谱成像检测装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及多光谱成像检测领域，具体涉及一种能在野外条件下和室内条件均能便携地对植物进行多光谱成像检测的方法及系统装置。
【背景技术】
[0002]多光谱成像技术是当前图像处理及获取的前沿技术。由于能够获得同一物体多个光谱通道的图像，并利用多个通道的图像数据组成多光谱图像数据，为图像处理提供更多的信息量，在遥感、环境监测、食品安全、生物医疗、颜色信息处理等当面的应用。
[0003]目前，按照分光方式的不同，多光谱成像技术主要有色散型、干涉型和滤光片型等，色散型多光谱成像技术以棱镜或光栅作为色散元件，将通过狭缝的入射光按波长分散开来，再由成像系统将狭缝按波长成像在探测器的不同位置上；干涉型以干涉仪作为色散元件，利用双光束干涉原理获得入射狭缝的干涉图，然后通过傅立叶变换从干涉图中复原出狭缝的光谱。色散型和干涉型多光谱成像技术都是通过推扫或摆扫的方式获得二维目标的三维光谱图像信息，对平台的稳定性要求很高，且在同一次曝光中获得所有谱段光谱信息。采用滤光片的多光谱成像系统是在照相系统光路中加入滤光片，主要采用两种方式:第一种是将多个相同的相机放置在一起，镜头前分别放置不同波长的滤光片，这种方式能并行获取多个波长图像，但是给图像配准带来困难，且体积庞大；第二种方式是将不同种滤光片安装在一个转轮上，通过转轮切换滤光片，例如申请公布号为CN 103308466 A的专利文献公开了一种便携式滤光片色轮型多光谱成像系统及其光谱图像处理方法，包括成像仪镜头、滤光片色轮、步进电机、滤光片组、黑白图像传感器CCD、控制模块及光谱图像处理分析模块；控制模块的信号传输端口分别与步进电机、黑白图像传感器CCD及光谱图像处理分析模块的信号传输端口相接。传统的滤光片设置在一个滤光片色轮上，当设置多个滤光片式，传统的单个滤光片色轮的结构庞大，且对系统结构稳定性要求高。
【发明内容】
[0004]本发明提供了一种便携式智能多光谱成像检测装置，该装置体积小、重量轻、功耗小。
[0005]本发明同时提供了一种多光谱成像检测方法，该方法能够快速实现对多种植物检测结果分析，实现对不同特征的多光谱特征的自能识别。
[0006]—种便携式智能多光谱成像检测装置，包括滤光单元、摄像单元、以及用于接收摄像单元图像数据的数据收发模块，所述滤光单元包括若干同轴且可独立转动的滤光片转盘，每个滤光片转盘上设有若干安装有滤光片的安装孔和至少一个避让孔，安装孔、避让孔和摄像单元的镜头的中心轴距离滤光片转盘中心轴的距离相等。
[0007]摄像单元一般包括相机以及镜头等部件，实现对图像的采集，所述相机一般为CCD工业相机。
[0008]作为优选，所有的滤光片的直径D必须比摄像单元的镜头的直径d大，不能遮住进入摄像单元的镜头的光线；每一个滤光片的透过光波带宽均在Inm-1Onm之间，具体数值根据测量要求可更换。使用时，保证非转动的滤光片转盘都是空白的圆孔与摄像单元的镜头同轴相对，即摄像单元的镜头前面只有当前滤光片转盘上的一个滤光片。
[0009]作为优选，还包括照明模块，所述照明模块与滤光单元可拆卸连接。在自然光满足要求时，可将照明模块拆卸，进一步降低整机体积，提高实用性。
[0010]作为优选，所述照明模块为立方体结构；所述立方体结构顶面与摄像单元的镜头对正设置，该侧内壁设有LED阵列；所述立方体结构与LED阵列相对的一侧设有标准漫反射白板；所述立方体结构的其他四个侧壁内壁为反射镜。
[0011]作为优选，所述LED阵列为轴对称和中心对称分布。为标准漫反射白板提供均匀的光照。
[0012]作为优选，还包括与数据收发模块进行信息传输的移动终端以及与移动终端实现通讯的远程云共享服务器。所述移动终端可选择手机等。
[0013]作为优选，所述数据收发模块上集成有蓝牙收发模块、wifi收发模块和zigbee收发模块。进一步提高整个检测装置的智能化。
[0014]本发明还提供了几种进行多光谱成像检测方法，分别为:
[0015]—种利用上述便携式智能多光谱成像检测装置进行多光谱成像检测方法，包括:
[0016](I)利用标准漫反射白板，进行标准反射率标定；
[0017](2)将叶片夹持在标准漫反射白板上，对准摄像单元的镜头；
[0018](3)转动其中一个滤光片转盘，使该滤光片转盘上的某一滤光片与摄像单元的镜头同轴，且其他滤光片转盘的避让孔与摄像单元的镜头同轴，获取该滤光片透射波段的光谱图；依次转动滤光片转盘，完成对所有滤光片透射波段的光谱图。
[0019]上述技术方案适于自然光满足检测要求的场合，对于自然光偏暗的场合，优选的技术方案如下:
[0020]一种利用上述便携式智能多光谱成像检测装置进行多光谱成像检测方法，包括:
[0021](I)打开照明模块，利用标准漫反射白板，进行标准反射率标定；
[0022](2)将叶片夹持在标准漫反射白板上，对准摄像单元的镜头；
[0023](3)转动其中一个滤光片转盘，使该滤光片转盘上的某一滤光片与摄像单元的镜头同轴，且其他滤光片转盘的避让孔与摄像单元的镜头同轴，获取该滤光片透射波段的光谱图；依次转动滤光片转盘，完成对所有滤光片透射波段的光谱图。
[0024]为进一步实现全自动检测，作为优选的技术方案为:
[0025]—种利用上述便携式智能多光谱成像检测装置进行多光谱成像检测方法，包括:
[0026](I)利用移动终端打开照明模块，利用标准漫反射白板，进行标准反射率标定；
[0027](2)将叶片夹持在标准漫反射白板上，对准摄像单元的镜头；
[0028](3)转动其中一个滤光片转盘，使该滤光片转盘上的某一滤光片与摄像单元的镜头同轴，且其他滤光片转盘的避让孔与摄像单元的镜头同轴，获取该滤光片透射波段的光谱图；依次转动滤光片转盘，完成对所有滤光片透射波段的光谱图；
[0029](4)通过数据收发模块将光谱图至移动终端，通过移动终端将光谱图发送到远程云共享服务器，远程云共享服务器将接收的光谱图与系统预存的数据库对比，判断被测植物的生理状态。
[0030]作为优选，所述移动终端同时将当前的光谱图和生理状态信息存入远程云共享服务器中。完成对数据的自学习。
[0031]本发明的目的是为了实现多光谱测量装置体积小、重量轻、功耗小，并且实现对多种植物检测结果进行训练、分析，实现对不同特征的多光谱特征的智能识别。
[0032]本发明中，所述镜头一般为变焦距镜头，所述变焦距镜头为含有多项式非球面透镜组成的畸变较小的连续变焦镜头。优选的变焦距镜头为1.5mm至30mm变焦镜头，镜头为F=L 4，含有多个非球面镜片。
[0033]所述的远程云共享服务器包含了多种植物的各种生理状态的数据库。数据库可采用直接将现有数据输入，也可通过系统机器学习自行得到。从而实现对多种植物检测结果进行训练、分析，实现对不同特征的多光谱特征的自能识别。
[0034]与现有技术相比，本发明的优点是:
[0035]本发明的便携式智能多光谱成像检测装置，以高度集成化的滤光片转盘和集成化的变焦距摄像方式，实现了装置的便携化、小型化；以白光LED作为主动照明光源，实现了光谱仪的低功耗化；脱离了传统的笔记本，以移动终端的通讯方式获取高光谱图像，并利用远程云共享服务器分析、处理高光谱的数据。
【附图说明】
[0036]图1是本发明的便携式智能多光谱成像检测装置的结构组成示意图；
[0037]图2是图1中的照明模块的组成示意图；
[0038]图3是图2中照明模块中LED的排布示意图；
[0039]图4是图1中滤光片转盘阵列与变焦距镜头、CXD工业相机的布置示意图；
[0040]图5是图4中滤光片转盘的示意图；
[0041]图6是野外自然光条件下的多光谱测量示意图；
[0042]图7是智能终端与多光谱数据收发模块、远程云共享服务器无线通信的示意图。
[0043]上述附图中:
[0044]1-均匀照明模块；101_白板；2_数据收发模块；3_滤光片转盘阵列；301_滤光片转盘；31_圆孔；32_圆孔；33_圆孔；