CN104655275B - 农用便携式一体化光谱装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种农用便携式一体化光谱装置，包含实物图像获取组件、光谱图像获取组件和CCD传感器。实物图像获取组件包含反射镜、成像透镜和反射镜组，光谱图像获取组件包含半透半反镜、成像透镜、光阑、准直镜、衍射光栅和反射镜组。实物图像获取组件和光谱图像获取组件的最后光线经过反射镜组改变光路后照射在CCD传感器上，从而同时获得农作物的实物图像与光谱图像。本发明在获取农作物生长照片的同时获取其生长光谱数据，将可以利用光谱图像信息完成农作物病虫害识别及获取长势判断等有用信息。此外，本发明体积小方便于携带，一体化方便田间使用，成本低便于大范围推广。

Description

农用便携式一体化光谱装置
技术领域
本发明涉及光学成像技术领域，具体是涉及一种利用半透半反镜、反射镜、光阑、成像透镜、准直镜、衍射光栅、光学棱镜和CCD传感器通过对光线处理获得农作物实物图像和光谱图像的成像装置。
背景技术
农作物生长信息的获取一直是农作物生产过程中的重要因素。传统的获取方法是采用数码相机捕捉对象的实物图像，在实验室再进行对比与分析。这种方法无法获得准确可靠的农作物生长情况信息：一是相机拍摄的测试目标的实物图像可辨识度依赖于图像捕获位置的照明条件，若图像捕获位置的照明条件不良，目标实物图像的可辨识度会大大下降，对图像的分析也会受到很大影响；二是数码相机仅仅提供目标的实物图像，未提供目标的光谱图像，并不能完全体现其内部病害的变化；此外，现有的数码相机与光谱探测仪是分离的，同时两者很不方便，体积大且操作繁琐。
光谱成像技术结合了空间成像系统和光谱探测系统的功能，可以同时从光谱维和空间维获取被测目标的信息。在农业工程中，多应用在作物病害诊断、农产品品质检测、作物生长状态监测等。因此，如何设计出一种能够同时获取农作物实物图像与光谱图像，且便于携带的装置，正是发明人所面临的问题。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供一种农用便携式一体化光谱装置，该光谱装置通过采集植株的图像信息，提供实时的实物图像和光谱图像，极大地提高采集农作物生长信息的效率。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种农用便携式一体化光谱装置，包含光谱图像获取组件、实物图像获取组件和CCD传感器，光谱图像获取组件的光轴与实物图像获取组件的光轴平行且不重合，光谱图像获取组件由半透半反镜、第一成像透镜、光阑、准直镜、衍射光栅、第二成像透镜和第一反射镜组组成，上述光谱图像获取组件的各部件共光轴依次排列；实物图像获取组件由第一反射镜、第三成像透镜和第二反射镜组组成，上述实物图像获取组件的各部件沿共光轴依次排列；CCD传感器置于第一反射镜组和第二反射镜组之后，并能接收来自第一反射镜组和第二反射镜组的光。
携带农作物图像信息的光经过半透半反镜后分为两束，一束为透射光，一束为反射光，透射光经过第一成像透镜成像后出射，其出射的光经过光阑后进入准直镜，光路变准直后经过衍射光栅后进入第二成像透镜成像，再经过第一反射镜组改变光路后被CCD传感器接收。
半透半反镜与光谱图像获取组件的光轴的夹角为45±5度。
第一反射镜组由第二反射镜和第三反射镜组成，第二反射镜和第三反射镜平行，经第二成像透镜出射的光经第二反射镜反射到第三反射镜，再被第三反射镜反射，被CCD传感器接收。
第二反射镜组由第四反射镜和第五反射镜组成，第四反射镜和第五反射镜平行，经第三成像透镜出射的光经第四反射镜反射到第五反射镜，再被第五反射镜反射，被CCD传感器接收。
半透半反镜与第一反射镜平行。
反射光被第一反射镜接收反射到第三成像透镜，经第三成像透镜出射的光经过第二反射镜组改变光路后被CCD传感器接收。
本发明的有益效果是：同时获得目标植株的实物图像与光谱图像，为监测农作物生长情况提供外部图像与光谱信息，可为农作物的病虫害诊断提供分析数据；此外，本发明将实物图像与光谱图像的获得合二为一，避免再携带繁重的光谱检测装置，且体积小方便携带，一体化方便田间使用。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落在申请所附权利要求书所限定的范围。
如图1所示，一种农用便携式一体化光谱装置，包含光谱图像获取组件、实物图像获取组件和CCD传感器11，光谱图像获取组件的光轴与实物图像获取组件的光轴平行且不重合。光谱图像获取组件由半透半反镜1、第一成像透镜3、光阑4、准直镜5、衍射光栅6、第二成像透镜7和第一反射镜组9组成，上述光谱图像获取组件的各部件共光轴依次排列；实物图像获取组件由第一反射镜2、第三成像透镜8和第二反射镜组10组成，上述实物图像获取组件的各部件沿共光轴依次排列；CCD传感器11置于第一反射镜组9和第二反射镜组10之后，并能接收来自第一反射镜组9和第二反射镜组10的光。
半透半反镜1与光谱图像获取组件的光轴夹角为45度，半透半反镜1和第一反射镜2平行放置。
携带农作物图像信息的光经过半透半反镜1后分为两束，一束为透射光，一束为反射光。透射光成为光谱图像的光线来源。反射光改变路径后经过第一反射镜2反射后再次改变路径，成为实物图像的光线来源。
半透半反镜1透射的透射光构成光谱图像的光线来源。光线经过第一成像透镜3后，光阑4对进入的光线进行限制来控制成像范围改善图像质量，光阑4可采用ZT-GL22可调光阑，通光孔径调整范围为Φ1.2mm—Φ22mm，外径36mm，厚度6mm，叶片数10片。经过光阑4后光线经过准直镜5将光束变得准直，再经过衍射光栅6后，出射光经过第二成像透镜7后进入第一反射镜组9。
第一反射镜组(9)由第二反射镜9-1和第三反射镜9-2组成，第二反射镜9-1和第三反射镜9-2平行，第二反射镜9-1和第三反射镜9-2与光谱图像获取组件的光轴夹角均为45度，经第二成像透镜7出射的光经第二反射镜9-1反射到第三反射镜9-2，再被第三反射镜9-2反射，被CCD传感器11接收。
经过第一反射镜2再次反射的反射光构成实物图像的光线来源。反射光经过第三成像透镜8出射的光进入第二反射镜组10。
第二反射镜组10由第四反射镜10-1和第五反射镜10-2组成，第四反射镜10-1和第五反射镜10-2平行，第四反射镜10-1和第五反射镜10-2与实物图像获取组件的光轴夹角均为45度，经第三成像透镜8出射的光经第四反射镜10-1反射到第五反射镜10-2，再被第五反射镜10-2反射，被CCD传感器11接收。
CCD传感器11可采用TCD2700C，感光单元数量为7500个×3行，感光单元大小为8μm×8μm（相邻像元中心距为8μm），CCD传感器11接收来自第二反射镜组10和第一反射镜组9的光线，形成既有实物图像又有光谱图像的图像。

Claims (5)

1.一种农用便携式一体化光谱装置，其特征在于：包含光谱图像获取组件、实物图像获取组件和CCD传感器(11)，光谱图像获取组件的光轴与实物图像获取组件的光轴平行且不重合，光谱图像获取组件由半透半反镜(1)、第一成像透镜(3)、光阑(4)、准直镜(5)、衍射光栅 (6)、第二成像透镜(7)和第一反射镜组(9)组成，上述光谱图像获取组件的各部件共光轴依次排列；实物图像获取组件由第一反射镜(2)、第三成像透镜(8)和第二反射镜组(10)组成，上述实物图像获取组件的各部件沿共光轴依次排列；CCD传感器(11)置于第一反射镜组(9)和第二反射镜组(10)之后，并能接收来自第一反射镜组(9)和第二反射镜组(10)的光；
携带农作物图像信息的光经过半透半反镜(1)后分为两束，一束为透射光，一束为反射光，透射光经过第一成像透镜(3)成像后出射，其出射的光经过光阑(4)后进入准直镜(5)，光路变准直后经过衍射光栅(6)后进入第二成像透镜(7)成像，再经过第一反射镜组(9)改变光路后被CCD传感器(11)接收；
反射光被第一反射镜(2)接收反射到第三成像透镜(8)，经第三成像透镜(8)出射的光经过第二反射镜组(10)改变光路后被CCD传感器(11)接收。
2. 根据权利要求1所述的农用便携式一体化光谱装置，其特征在于：半透半反镜(1)与光谱图像获取组件的光轴的夹角为45±5度。
3. 根据权利要求1所述的农用便携式一体化光谱装置，其特征在于：第一反射镜组(9)由第二反射镜（9-1）和第三反射镜（9-2）组成，第二反射镜（9-1）和第三反射镜（9-2）平行，经第二成像透镜(7)出射的光经第二反射镜（9-1）反射到第三反射镜（9-2），再被第三反射镜（9-2）反射，被CCD传感器(11)接收。
4. 根据权利要求1所述的农用便携式一体化光谱装置，其特征在于：第二反射镜组(10)由第四反射镜（10-1）和第五反射镜（10-2）组成，第四反射镜（10-1）和第五反射镜（10-2）平行，经第三成像透镜(8)出射的光经第四反射镜（10-1）反射到第五反射镜（10-2），再被第五反射镜（10-2）反射，被CCD传感器(11)接收。
5. 根据权利要求1所述的农用便携式一体化光谱装置，其特征在于：半透半反镜(1)与第一反射镜(2)平行。
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