专利名称：一种光谱成像蝗虫探测仪器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及--种光谱成像蝗虫探测仪器，属于光谱成像仪器技术领域， 特别是涉及近距离目标探测的光谱成像仪器。
背景技术：
草地的畜牧业是我国农业经济的重要组成部分，而蝗灾是危害我国草原农 业生产和人民生活的三大自然灾害之一。2000 2004年我国新疆、青海、内蒙 古、甘肃、西藏等地区草原大面积发生蝗灾，造成草原退化，破坏生态环境， 严重影响草原经济的发展。
目前，我国蝗灾预测的常用手段有1)人工监测。在蝗灾可能发生的区域， 大量布点，人工循环进行检查。2)卫星遥感预测。该技术通过地面植被指数来 间接测量，需要摸清蝗虫生境特征与蝗虫种群的发生、繁育之间的关系机理。 但--般来说，这种机理是十分复杂的，而且是随地而异的，并不存在一个固定 模式。3)雷达检测系统。该方法只能侦测大面积的飞蝗，不能进行预报，通常 用于已起飞的蝗灾情况监测。
由于各个地方草原站现场观察的传统预报体系难以获取大面积的实时、快 速监测的时空信息，特别是对新发生的蝗区很难进行及时、快速的预报，在这 种情况下又经常会延误防治最佳时期而使蝗灾大面积发生，造成严重危害。为 了改进和提高蝗虫检测技术水平，引入新的技术进行蝗虫检测是十分必要的。
2007年4月18日公开的公开号为CN1948904A的专利《一种蝗灾的超低空 预警系统及其田间蝗虫自动识别方法》介绍了一种通过在小型超低空飞行器底 部支架上的数码摄像机实时的获取或装备数码照相机定点地面蝗虫图像，并通 过通讯系统或DV带转发给信号处理计算机，再利用计算机对输入的图像进行处 理分析的蝗虫自动识别方法，并构造成预警系统。但是，由于蝗虫的保护色原 理，普通的高空图像拍摄并不能很好地识别出蝗虫，因此，此专利需要采用复 杂的彩色图像分割技术从背底中分割出蝗虫，这样就增加了系统工作的复杂性， 降低了工作效率。
而光谱成像技术的引入就很好地解决了这一难题，它让我们能同时获得草 原蝗虫在各个不同波段下的图像，而在某些波段下，由于反射率的不同，仅仅 通过简单的图像处理，蝗虫与背底就可以很容易地区分开来，因此在保证准确
统计蝗虫的数目和分布的同时，减轻了后续图像处理的负担，从而提高了系统 的工作效率和精度。
目前国内还没有发现基于光谱成像技术的蝗虫探测仪器的报导，本实用新型 可以尝试填补这一空白。它将多光谱成像技术成功应用到蝗虫探测中，利用新型 的电调谐滤光器件实现波长的快速扫描，通过图像采集系统获得各个不同波段下 蝗虫及背底的图像。它在获得蝗虫空间分布的同时，又获得了其光谱图。和人工 检査相比，此仪器除了能减轻复杂手工劳动外，检测准确率将大大提髙，能够用 于早期预测蝗灾，并及时采取应对措施，其社会效益是十分巨大的。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种既能准确探测草原蝗虫数目，又能探测蝗虫空 间分布的一种光谱成像蝗虫探测仪器，解决了蝗虫保护色原理导致高空遥感图像 无法准确统计蝗虫数目和分布的缺陷。
本实用新型提供的技术方案是 一种光谱成像蝗虫探测仪器，其特征在于 由前置透镜组、可调谐滤光成像模块、图像采集系统和计算机构成，计算机与 图像采集系统连接，电调谐滤光成像模块的滤光器件的光谱扫描范围为 500-2000nm，通带宽为3 —30nm。
如上所述的光谱成像蝗虫探测仪器，其特征在于可调谐滤光成像模块为 电调谐滤光成像模块，可调谐滤光控制器与电调谐滤光成像模块连接，计算机 分别与图像采集系统和电调谐滤光控制器连接。
如上所述的光谱成像蝗虫探测仪器，其特征在于电调谐滤光成像模块的 滤光器件的光谱扫描范围为680-1000nm。
如上所述的光谱成像蝗虫探测仪器，其特征在于光谱成像蝗虫探测仪器 的前置透镜组、可调谐滤光成像模块和图像采集系统，放置在车辆的机械臂上， 计算机放置在车辆内。
本实用新型的原理是改变输入电调谐滤光成像模块的控制来调整透射光波 长的大小，利用图像采集系统记录各个不同波段下的蝗虫及背景图像，并送入计 算机，利用光谱成像分析软件进行相关处理，从而在探测蝰虫空间分布的同时实 现准确统计了蝗虫的数目。通过伸缩机械臂，可改变固定在其上的高度和水平位 置，实现定点蝗虫探测范围可调节。车辆可方便快捷地将仪器携带到指定蝗虫探 测地点。
本仪器的核心部件是可调谐滤光成像模块，其作用是将前置光学系统采集的 光进行滤光处理，再由集成的成像透镜将物像成在图像采集系统成像面上。电调谐滤光成像模块采用电调谐滤光器进行电调谐滤光，具有体积小，功耗 低的优点，实现了蝗虫探测仪器的微型化、便携化。
所述的电调谐滤光控制器，通过改变其输入电调谐滤光成像模块的控制信 号，可改变电调谐滤光成像模块透射光波长的大小。
所述的图像采集系统设有CCD图像传感器或者CMOS图像传感器。
本实用新型的有益效果是
1. 通过将光谱成像技术应用到蝗虫探測中，使蝗虫探测的自动化程度大大 提高，解决了人工检测中存在的劳动强度和复杂度过高、精度不够等问题。
2. 采用光谱成像技术获得蝗虫及背底在不同波段下的影像，因此仅仅通过简 单的图像处理就可从背底中辨别出蝗虫，在保证准确统计蝰虫的数目和分布的同 时，减轻了后续图像处理的负担，提髙了系统的工作效率和精度。
图1是本实用新型实施例的结构示意图。
图2是仪器工作原理示意图。
图3是草地蝗虫不同采样点图像位置的光谱曲线。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步详细的描述。
图中标记的说明1 —前置透镜组，2—电调谐滤光成像模块，3—图像采 集系统，4—电调谐滤光控制器，5 —计算机，6 —越野车，7 —机械臂。
参见图1。
本实用新型实施例的光谱成像蝗虫探测仪器，其特征在于由前置透镜组1, 电调谐滤光成像模块2、图像采集系统3、可调谐滤光控制器4和计算机5构成， 可调谐滤光控制器4与电调谐滤光成像模块2连接，计算机5分别与图像采集 系统3和电调谐滤光控制器4连接，电调谐滤光成像模块2的滤光器件的光谱 扫描范围为680-1000nm,通带宽为3 — 30nm。
上述的光谱成像蝗虫探测仪器的前置透镜组l、可调谐滤光成像模块2、图 像采集系统3和可调谐滤光控制器4放置在车辆6的机械臂7上，计算机5放 置在车辆6内。
在图1中，越野车6可方便快捷地将仪器携带到指定螅虫探測地点。机械臂 7固定在越野车6上，沿图中A-B方向箭头伸縮可改变其长度，将其绕A端转动 可改变垂直箭头方向的高度，因此，固定在机械臂7B端的部分仪器(包括前置
透镜组l、电调谐滤光成像模块2、图像采集系统3和电调谐滤光控制器4)的水 平位置和髙度也会相应变化，从而实现了定点蝗虫探測范围可调节。固定在机械 臂7B端的部分仪器采集到的图像数据输送到越野车6上的计算机5中进行相关 处理，最后完成蝰虫探测。
在图2中，目标发出(或反射、透射)的可见/红外光经过前置透镜组l后进入 电调谐滤光成像模块2,通过计算机5改变电调谐滤光控制器4上的控制信号， 就可以改变电调谐滤光成像模块2透射光波长的大小，利用图像采集系统3记录 各个不同波段下的目标的影像，并送入计算机5。然后利用光谱成像分析软件进 行处理，从而在探測蝗虫空间分布的同时实现准确统计了蝗虫的数目。
我们进行草地蝰虫光谱成像实验，得到680nm波段和S10iim波段实验图片。
我们的实验均在室内完成，为了模拟室外的环境，样品选用新鲜的植物树叶， 光源选用碘钨灯进行照射，照射角度大约30度。我们在背景上固定了大量新鲜 的草， 一些枯叶和一只活体蝗虫，将这个组合作为实验的目标。
实验的结果表明光谱成像技术对于分辨新鲜的草，枯叶和蝗虫可以起到决定 性的作用。新鲜的草和枯叶同所有绿色植物一样在700mn附近有强烈的吸收峰， 而在红外波段反射率很髙。但蝰虫的光谱图像红外波段与植物有着很大的区别， 反射率远远低于植物，这种现象在810nm处显得尤为突出。
从680nm波段图片中可以清楚的看出，在可见光波段(680nm),蝗虫和草 的反射率大致相同，仅从图像很难清楚的区分出蝗虫。而在810nm波段图片中， 由于蝗虫和草的反射率在红外波段(810nm)存在着极大的区别，这时候蝗虫的 保护色失去了作用。仅仅通过简单的图像处理技术就可以将其轻松的分辨出来。
图3是通过在810nm波段图片中选取7个采样点而绘出的各种不同成分的反 射光谱曲线。七个采样点的具体取样区域为1、 2点取在草上，3、 4点取在枯 叶上，5、 6、 7点分别取在蝗虫的头，背和腿上。从光谱曲线图中可以清楚的看 到，相比之下，草在680nm处有最强烈的吸收峰。而枯叶由于失去了大部分的叶 绿素在680nm的吸收峰变得很小，在整个波段的反射率都比较高。而蝗虫在小于 680nm波段的范围内和草比较相似。但在大于680nm以后，反射率并没有提升， 反而变得更低，在800nm附近达到最低点，头、背部的反射率不到10%。在这 个波长处可以看出蝗虫与其他成分有着最大的反差，结合简单的数字图像处理技 术，便可以轻松的识别出蝗虫。因此可以预见800nm附近的光谱图像对与草地蝗 虫数量和分布的监测有着重要意义。
权利要求1、一种光谱成像蝗虫探测仪器，其特征在于由前置透镜组、可调谐滤光成像模块、图像采集系统和计算机构成，计算机与图像采集系统连接，电调谐滤光成像模块的滤光器件的光谱扫描范围为500-2000nm，通带宽为3-30nm。
2、 如权利要求1所述的光谱成像蝗虫探测仪器，其特征在于可调谐滤光成像模 块为电调谐滤光成像模块，可调谐滤光控制器与电调谐滤光成像模块连接，计算机分别与 图像采集系统和电调谐滤光控制器连接。
3、 如权利要求1或2所述的光谱成像蝗虫探测仪器，其特征在于电调谐滤光成 像模块的滤光器件的光谱扫描范围为680-1000nm。
4、 如权利要求1或2所述的光谱成像蝗虫探测仪器，其特征在于光谱成像蝗虫 探测仪器的前置透镜组、可调谐滤光成像模块和图像采集系统，放置在车辆的机械臂上， 计算机放置在车辆内。
5、 如权利要求3所述的光谱成像蝗虫探测仪器，其特征在于光谱成像蝗虫探测 仪器的前置透镜组、可调谐滤光成像模块和图像采集系统，放置在车辆的机械臂上，计算 机放置在车辆内。
专利摘要一种光谱成像蝗虫探测仪器，其特征在于由前置透镜组、可调谐滤光成像模块、图像采集系统和计算机构成，计算机与图像采集系统连接，电调谐滤光成像模块的滤光器件的光谱扫描范围为500-2000nm，通带宽为3-30nm。本仪器集光谱分析和成像分析两大本领于一身，能够在准确统计蝗虫数目的同时探测蝗虫的空间分布，整个系统结构紧凑，工作效率高。
文档编号G01C11/00GK201188031SQ20082006532
公开日2009年1月28日 申请日期2008年1月16日 优先权日2008年1月16日
发明者向宇琪, 吴琼水, 曾立波, 松 高 申请人:武汉大学