土壤多光谱信息采集装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及图像采集技术，尤其涉及一种用于土壤的多光谱信息采集装置。
【背景技术】
[0002]“精细农业”是未来农业发展的重要方向，主要包括三个方面:一是采集田间农作物的长势信息，生成作物长势分布图；二是获取田间农作物生长条件的时空差异信息，例如田间地形、地貌、土壤类型、肥力和墒情等，并结合田间农作物的长势分布信息，通过集成农作物生长发育模拟模型，投入、产出模拟模型和农作物管理专家知识库等建立的农作物管理辅助决策支持系统，在决策者的参与下生成农作物管理、变量作业实施处方图；三是根据农作物管理、变量作业实施处方图生成控制命令，对农业机械的变量作业进行调整与控制，实现农田作物精细农作管理。其中，土壤信息是精细农业技术实践中的首要环节，特别是土壤肥力信息的获取尤为重要，其是进行精细农业的基础。
[0003]目前，用于获取土壤多光谱信息的信息采集装置主要包括两大类:高光谱分辨率信息采集装置和高空间分辨率信息采集装置和高光谱分辨率信息采集装置，其中，高光谱分辨率信息采集装置是采用高光谱传感器进行信息的采集，高光谱传感器虽然能较完整的测量出光谱曲线，但每次仅能测量土壤的一个点，效率较低，难以满足土壤多光谱信息这种大量测量的需要。高空间分辨率信息采集装置主要包括普通的消费性相机和用于卫星的航拍仪器，这类信息采集装置可以实现较大的分辨率，但是，其仅能对可见光部分的波段进行响应，而无法对近红外波段进行有效测量，使得在土壤多光谱信息分析时，可靠性较差，结果不准确，且采用卫星拍摄时，成本较高，信息获取具有较大的滞后性；对于以上两方面的不足，美国GSI公司所推出的MS3100/4100系列产品提供了一种解决方法，可一次获得红R、绿G、蓝B、近红外NIR等4个波段中的任意3个，该产品虽然可以得到NIR波段的信息，但是该产品所采用的分光设备的成本很高，在实际应用和推广的过程中，将有难以预见的困难，而且最多一次只能获得3个波段的信息，限制了一起的适用范围；另外，美国Tetracam公司所研制了一种MCA多光谱相机，该光谱相机体积庞大，集成度低，安装和使用上有诸多不便，且该多光谱相机接口过于单一，灵活性较差，实用性较差，成为其推广使用的重大阻碍。
[0004]综上，现有用于土壤多光谱信息采集装置要么无法对近红外波段的光谱信息进行采集，导致信息获取不准确，要么成本高，价格昂贵，信息采集量大，信息采集滞后性大，使得现有信息采集装置的实用性较差。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种土壤多光谱信息采集装置，可有效克服现有技术存在的问题，降低成本，提高土壤多光谱信息采集装置的实用性。
[0006]本发明提供一种土壤多光谱信息采集装置，包括:中央控制器，以及与所述中央控制器连接的第一采集电路和第二采集电路，其中:
所述第一采集电路包括:与所述中央控制器连接的第一传感器驱动模块，以及与所述第一传感器驱动模块连接的可见光传感器，所述可见光传感器用于采集红、绿、蓝三个波段的土壤光谱信息；
所述第二采集电路包括:与所述中央控制器连接的第二传感器驱动模块，以及与所述第二传感器驱动模块连接的近红外传感器，所述近红外传感器用于采集近红外波段的土壤光谱信息；
所述中央控制器用于控制所述第一传感器驱动模块和第二传感器驱动模块，以驱动所述可见光传感器和近红外传感器同步采集土壤光谱信息。
[0007]上述的土壤多光谱信息采集装置中，所述可见光传感器为可见光CMOS传感器；和/或，所述近红外传感器为近红外CMOS传感器。
[0008]上述的土壤多光谱信息采集装置还可包括:
快门按键输入模块，连接在快门按键和中央控制器之间，用于消除快门按键按下时的电平抖动，以为所述中央控制器输入一个有效脉冲信号。
[0009]上述的土壤多光谱信息采集装置还可包括:
SDRAM存储模块，与所述中央控制器连接，用于一帧土壤光谱信息采集过程中进行信息暂存；
CF卡存储模块，与所述中央控制器连接，用于在一帧土壤光谱信息采集完毕后，在所述中央控制器控制下将暂存在所述SDRAM存储模块的一帧土壤光谱信息保存起来。
[0010]上述的土壤多光谱信息采集装置中，所述中央控制器采用FPGA为核心的控制器。
[0011]本发明提供的土壤多光谱信息采集装置，通过设置可见光传感器和近红外传感器，并通过对该两个传感器进行同步控制，可在同一时刻获得所要采集土壤的红、绿、蓝和近红外四个波段的土壤光谱信息，可用于土壤多光谱信息的采集中，土壤多光谱信息采集装置结构简单，实现方便，成本低，且采集信息方便，可有效提高采集装置的实用性；同时，本发明土壤多光谱信息采集装置中的中央控制器采用FPGA为核心的控制器，除可以实现采集装置内部复杂和精密的逻辑控制以外，还可以为外部提供更加灵活多样的控制接口和图像传输接口，解决了接口部分对于多光谱相机的推广的限制；此外，本发明土壤多光谱信息采集装置通过采用CMOS传感器，可有效提高图像的分辨率，减少采集装置的功耗和图像失真，提高信息采集的准确性和可靠性，基于本实施例装置采集的土壤信息可准确反应土壤中有机质和水分的含量。
【附图说明】
[0012]图1为本发明土壤多光谱信息采集装置实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例中快门按键输入模块对信号进行处理的原理示意图；
图3为本发明实施例中传感器驱动模块的电路原理结构示意图；
图4为本发明实施例整体结构示意图。
【具体实施方式】
[0013]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0014]图1为本发明土壤多光谱信息采集装置实施例的结构示意图。如图1所示，本实施例土壤多光谱信息采集装置包括:中央控制器1、第一采集电路2和第二采集电路3，所述第一采集电路2和第二采集电路3分别与中央控制器I连接，其中:第一采集电路2包括第一传感器驱动模块21和可见光传感器22，第一传感器驱动模块21与中央控制器I连接，可见光传感器22与第一传感器驱动模块21连接，该可见光传感器22可用于采集红、绿、蓝三个波段的土壤光谱信息；第二采集电路3包括第二传感器驱动模块31和近红外传感器32，第二传感器驱动模块31与中央控制器I连接，近红外传感器32与第二传感器驱动模块31连接，该近红外传感器32可用于采集近红外波段的土壤光谱信息；中央控制器I用于控制第一传感器驱动模块21和第二传感器驱动模块31，以分别驱动可见光传感器22和近红外传感器32同步采集土壤光谱信息。本实施例土壤多光谱信息采集装置可应用于土壤中有机质和水分的信息的采集，在进行信息采集时，可通过中央控制器I控制可见光传感器22和近红外传感器32在某一时刻和地点进行信息的同步采集，获得土壤的红、绿、蓝和近红外四个波段的空间光谱信息，从而可利用该四个波段的土壤光谱信息生成土壤养分分布图，以为精细农业实践提供基础。
[0015]本实施例中，上述的可见光传感器22和近红外传感器32均可为CMOS传感器，具体地，可见光传感器22为可见光CMOS传感器，近红外传感器32为近红外CMOS传感器。相对于现有普遍采用CCD传感器的信息采集装置，采用CMOS传感器可具有较高的空间分辨率，较低的功耗和信息失真，可有效保证采集信息的准确性，同时降低能耗。可以看出，由于CMOS传感器具有较低的能耗，通过采用COMS传感器进行空间光谱信息的采集，可有效提高本实施例土壤多光谱信息采集装置进行信息采集时的续航能力，可有效应用于土壤中有机质和水分的含量信息的采集；同时，由于CMOS传感器具有较高的空间分辨率和较小的信息失真，使得采集的光谱信息更加准确，可更加真实准确的反应土壤中有机质和水分的含量信息，可保证精细农业技术的有效实施。
[0016]本实施例中，上述的可见光CMOS传感器和近红外CMOS传感器的空间分辨率可为1280*1024，以保证土壤养分信息采集时信息的准确性和可靠性。实际应用中，可根据需要设置合适的空间分辨率，以满足实际采集和分析的需要，获得准确的土壤养分信息分布图。
[0017]本实施例土壤多光谱信息采集装置的快门采用按键的输入方式，以便用户可通过按压快门按键进行图像的采集，当用户按下快门按键时，快门按键产生的时刻和持续时间的长短是随机不定的，且存在因开关簧片反弹引起的电平抖动现象。为此，本实施例土壤多光谱信息采集装置还设置有快门按键输入模块，以便对快门按键按下时产生的信号进行处理，具体地，如图1所示，本实施例土壤多光谱信息采集装置还可包括有快门按键输入模块4，与设置在采集装置上的快门按键5和中央控制器I连接，用于消除快门按键5按下时的电平抖动，以为中央控制器I输入一个有效的脉冲信号，从而可有效保证快门按键5按下时，中央控制器I可根据该有效的脉冲信号控制各传感器工作。
[0018]本实施例中，上述的快门按键输入模块4具体可以是一个同步消抖电路，以保证采集装置能够捕捉到快门按键按下时的输入脉冲，并保证每一次快门按键的按下，只形成一个有效的脉冲。
[0019]图2为本发明实施例中快门按键输入模块对信号进行处理的原理示意图。在秒表系统中，要求得到宽度为一个外部时钟信号elk的周期的键入脉冲，因此，上述的快门按键输入模块4的工作原理是:每按一下快门按键，快门按键输入模块4将输出一个有效的快门脉冲。具体地，如图2所示,其中shutter为输入快门按键输入模块的快门信号，shuttterO为经过快门按键输入模块处理后的输出信号，该输出信号shutterO输出至中央控制器；状态控制信号shutter_templ是快门信号shutter在时钟信号clkl的下降沿进行锁存的锁存信号，状态控制信号shutter_temp2是状态控制信号shutter_templ在时钟信号clkl的下降沿进行锁存的锁存信号，状态控制信号ShUtter_temp3是状态控制信号shutter_temp2