一种基于光谱成像技术的自走式在线检测装置的制作方法

本发明涉及作物光谱成像技术，特别涉及一种基于光谱成像技术的自走式在线检测装置。

背景技术：

光谱技术是指通过获取光的发射、吸收与散射信息可获得与样品相关的化学信息，成像技术则是获取目标的影像信息，研究目标的空间特性信息。这光谱成像技术将成像技术和光谱技术结合在一起，是一种将光学、光谱学、精密机械、电子技术以及计算机技术融于一体的新型遥感技术。将遥感技术与农学各学科及其技术结合起来，成为为农业发展服务的一门综合性很强的技术。主要包括利用遥感技术进行土地资源的调查，土地利用现状的调查与分析，农作物长势的监测与分析，病虫害的预测，以及农作物的估产等。

多光谱、高光谱和叶绿荧光成像是光谱成像常用的三种技术，近年来在农业中得到越来越多的应用。高光谱遥感在农业中的应用，主要表现在快速、精确地进行作物生长信息的提取、作物长势监测、作物胁迫监测、估算植被(作物)初级生产力与生物量、估算光能利用率和蒸散量以及作物品质遥感监测预报。从而相应调整投入物资的投入量，达到减少浪费，增加产量，改善品质，保护农业资源和环境质量的目的。叶绿素荧光作为光合作用研究的探针，具有特异性、高灵敏度的特点，能快速反映植物生理生态状况，并且能够实现无损检测，在遗传育种、突变株筛选、病虫害检测等众多领域都有着广泛的应用。传统的光谱仪器难以在田间实现大面积作物快速检测，实际农业生产中应用有障碍。

近年来随着无人机技术的发展，运用无人机搭载光谱相机的无人机遥感技术有了显著的发展。低空无人机可以弥补传统监测设备作业范围小、实时监测难等问题，同时弥补了卫星遥感的成本高、受天气状况影响大等问题。无人机遥感可以获取土壤养分、作物长势、病虫害监测等农业生产信息，通过数据解析，进行变量施肥、科学施药、预测病虫害、预测作物产量等。现阶段，无人机的载重量有限，无法搭载多种相机，同时飞行稳定性的还需提高，有安全隐患。电池能源供给和高效利用也是无人机应用过程中亟待科研的重要环节。

为了弥补原有技术手段的不足，该基于光谱成像技术的自走式在线检测装置和方法，通过配有gps导航系统的自主行走基座在田间自由行走，解决了无人机稳定性差和续航时间短的问题。利用相机平台和侧方检测器搭载多种光谱成像相机和叶绿荧光成像系统在导轨上移动，可以全方位获得多层面的信息数据。该装置和检测方法可以快速、稳定、实时、大范围地获取农情信息，对于指导农业生产具有重大意义。

技术实现要素：

本发明公开了一种基于光谱成像技术的自走式在线检测装置，实现了农情信息的全自动全方位实时监测，对于指导农业生产具有重大意义。本装置解决了补传统监测设备作业范围小、实时监测难等问题，同时弥补了无人机遥感稳定性差和续航时间短的问题。具有自动化程度高、监测范围广、获取数据全面、安全性强等特点。具体技术方案如下：

一种基于光谱成像技术的自走式在线检测装置，包括：

自主行走基座，由底部设有车轮的两侧支架和搭接在两支架顶部间的水平导轨；

沿所述水平导轨滑动的活动座；

通过伸缩杆连接在活动座底部的相机平台；

以及设置在所述相机平台下部的多种光谱成像相机。

本发明中，自主行走基座整体采用中空框架结构，方便在田间从作物间自由通过。同时配有gps导航系统，可以根据预定规划路线或由电脑实时操控在田间自主行走，定位精度高。利用差分gps系统，能够实现及时调整行走路线，提高定位、行走的准确度，并记录下检测的位置信息。

作为优选的，所述的多种光谱成像相机包rgb相机、25波段多光谱相机、adc相机和高光谱相机。

相机平台与竖直伸缩杆相连接。竖直伸缩杆可上下伸缩移动，可根据作物生长周期的高度来调整，保持检测系统离作物冠层高度一致。平台底部通过四个机械增稳云台搭载rgb相机(sonynex-7)，25波段多光谱相机(ximea工业相机xiq系列，cmv2k)，adc相机(tetracam公司)和高光谱相机(aisakestrel)。搭载不同传感器可以获得多层面的信息数据，不仅可以记录几何轮廓数据，还可以采集图片信息、激光背散射强度、高光谱数据。机械增稳云台固定相机，能满足相机的三个活动自由度：绕x、y、z轴旋转，每个轴心内都安装有电机，当无人机倾斜时，同样会配合陀螺仪给相应的云台电机加强反方向的动力，防止相机跟着无人机“倾斜”，从而避免相机抖动，保证画面清晰稳定。通过遥感平台的旋转和机械增稳云台的翻转实现全方位、多角度信息获取。

作为优选的，至少有一侧支架安装有两个光谱相机。所述的支架上设有竖直导轨，两个光谱相机滑动配合在所述的竖直导轨上。光谱相机作为侧方检测器可根据检测需求，搭载两个光谱相机从侧面进行检测。检测器可通过竖直导轨上下移动，适应不同高度的农作物检测需求。

所述的水平轨道由左右两个基座拼接而成，水平长度最多可达5米，有效减少车轮压过农田造成的损失。相机平台可通过导轨水平移动，实现快速、无损、大范围检测。

作为优选的，相机平台还配有叶绿素荧光成像系统，包括leds光源板、ccd镜头(c8484-05,hamamatsu,hamamatsucity,japan)，可对整株植物及多株植物冠层进行叶绿素荧光分析，同时配有成像分析模块，用于作物形态测量分析。底部配有的leds光源板可根据需求激发不同的光源组合，并根据不同的作物选择测量光，光化光，饱和光等强度。

作为优选的，所述相机平台的底部设有安装板，该安装板与相机平台间设有缓震球，所述的多种光谱成像相机设置在安装板的底部。具体为橡胶缓震球，减缓由于车体颠簸而造成多种光谱成像相机传感器的震动。

作为优选的，所述的相机平台上装配有差分gps和惯导元件，用于获得相机位置与姿态信息。

本发明中，相机平台受主控计算机控制，相机平台装配有差分gps和惯导元件，可准确获得相机位置与姿态信息，便于控制相机云台对相机姿态进行修正。多种相机传感器实时采集图像光谱信息，再将姿态参数与拍摄的图像数据整合传回计算机，存入储存设备中，供后期对于遥感数据修正处理。通过不同相机传感器全面获取土壤养分、作物长势、病虫害监测等农业生产信息，继而通过数据解析，进行变量施肥、科学施药、预测病虫害、预测作物产量等。

附图说明

图1为基于光谱成像技术的自走式在线检测装置；

图2为相机平台；

图3为叶绿荧光成像系统；

图4为基于光谱成像技术的自走式在线检测方法流程图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图来详细说明本发明，但本发明并不仅限于此。

如图1-4所示，本发明中的一种基于光谱成像技术的自走式在线检测装置和方法包括：自主行走基座1，侧方检测器2，水平导轨3，竖直伸缩杆4，相机平台5，主控电脑6，操作箱7，橡胶缓震球8，机械增稳云台9，多种光谱成像相机10，ccd镜头11，leds光源板12。

自主行走基座1整体采用中空框架结构，方便在田间从作物间自由通过。同时配有gps导航系统，可以根据预定规划路线或由电脑实时操控在田间自主行走，定位精度高。利用差分gps系统，能够实现及时调整行走路线，提高定位、行走的准确度，并记录下检测的位置信息。

侧方检测器2可根据检测需求，搭载两个光谱相机从侧面进行检测。检测器可通过竖直导轨上下移动，适应不同高度的农作物检测需求。

水平轨道3由左右两个基座拼接而成，水平长度最多可达5米，有效减少车轮压过农田造成的损失。相机平台可通过导轨水平移动，实现快速、无损、大范围检测。

相机平台5与竖直伸缩杆4相连接。竖直伸缩杆可上下伸缩移动，可根据作物生长周期的高度来调整，保持检测系统离作物冠层高度一致。平台底部通过四个机械增稳云台9搭载rgb相机(sonynex-7)，25波段多光谱相机(ximea工业相机xiq系列，cmv2k)，adc相机(tetracam公司)和高光谱相机(aisakestrel)10。搭载不同传感器可以获得多层面的信息数据，不仅可以记录几何轮廓数据，还可以采集图片信息、激光背散射强度、高光谱数据。机械增稳云台固定相机，能满足相机的三个活动自由度：绕x、y、z轴旋转，每个轴心内都安装有电机，当无人机倾斜时，同样会配合陀螺仪给相应的云台电机加强反方向的动力，防止相机跟着无人机“倾斜”，从而避免相机抖动，保证画面清晰稳定。通过遥感平台的旋转和机械增稳云台的翻转实现全方位、多角度信息获取。

相机平台还配有叶绿素荧光成像系统，包括leds光源板12、ccd镜头11(c8484-05,hamamatsu,hamamatsucity,japan)，可对整株植物及多株植物冠层进行叶绿素荧光分析，同时配有成像分析模块，用于作物形态测量分析。底部配有的leds光源板可根据需求激发不同的光源组合，并根据不同的作物选择测量光，光化光，饱和光等强度。

装置可通过电脑6和操作箱7操作，过电脑可设置相机平台的移动速度，控制每次拍照的重合度。还可以根据实际需求设置光圈快门。操作箱可控制装置的移动行走，平台旋转，操作灵活方便。

相机平台受主控计算机控制，相机平台装配有差分gps和惯导元件，可准确获得相机位置与姿态信息，便于控制相机云台对相机姿态进行修正。多种相机传感器实时采集图像光谱信息，再将姿态参数与拍摄的图像数据整合传回计算机，存入储存设备中，供后期对于遥感数据修正处理。通过不同相机传感器全面获取土壤养分、作物长势、病虫害监测等农业生产信息，继而通过数据解析，进行变量施肥、科学施药、预测病虫害、预测作物产量等。

以上所述仅为本发明的较佳实施举例，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。