CN106872028B - 一种作物理化参数测量设备及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开一种作物理化参数测量设备及测量方法，所述作物理化参数测量设备包括腔体，入射光电探测器；反射光电探测器；滤光片；控制系统，控制系统包括控制器和采集信号模块；位于第二表面的主动光源，主动光源在控制系统的控制下，对作物进行照明；其中，控制器用于根据采集信号模块的数据控制作物理化参数测量设备工作在主动模式和被动模式。主动光源能够为作物提供特定光谱照射，使得作物理化参数测量设备工作在主动模式下，从而使得作物理化参数测量设备不仅具有被动模式，还具有主动模式，进而能够降低自身局限性，减小天气对测量条件的影响，使得作物理化参数测量设备能够适应于多种测量条件，普遍适用，从而满足测量需求。
Description
技术领域
本发明涉及光谱测量技术领域，特别涉及一种作物理化参数测量设备及测量方法。
背景技术
随着科技的日益发展，遥感技术、多光谱及高光谱技术等在农业作物、环境植被等方面的监测发挥越来越重要的作用，从事农林业、植被覆盖和土地绿化等方向的研究，不可避免的需要利用作物理化参数、植被指数等作为研究的基本依据。这些参数主要作为反映作物在可见光、近红外波段的反射与土壤背景之间差异的指标，各个指数能用来定量说明作物的生长状况和作物生理信息。如健康的绿色作物等在近红外光谱(NIR)和红光(R)的反射差异比较大，原因在于R对于绿色植物来说是强吸收的，而NIR则是高反射及高透射的。有效综合各种光谱信号，可以获得植被指数。
现有技术提供的一些便携式的测量仪均为被动式测量仪，必须在光照充足且无云的天气下才能作业，测量条件苛刻，使得现有技术中的测量仪无法满足测量需求。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种作物理化参数测量设备及测量方法，以解决现有技术中测量仪为被动式测量仪，测量条件苛刻，无法满足人们测量需求的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种作物理化参数测量设备，包括：
腔体，所述腔体包括相对设置的第一表面和第二表面；
位于所述第一表面的N个入射光电探测器，用于测量太阳光强度；
位于所述第二表面的N个反射光电探测器，用于测量作物反射光强度，N个所述反射光电探测器与N个所述入射光电探测器一一对应设置；
位于所述腔体内的滤光片；
控制系统，所述控制系统包括控制器和采集信号模块；
位于所述第二表面的主动光源，所述主动光源在所述控制系统的控制下，对作物进行照明；
其中，所述控制器用于根据所述采集信号模块的数据控制所述作物理化参数测量设备工作在主动模式和被动模式。
优选地，所述控制系统还包括监测模块、初始化模块和信号调理模块；
所述监测模块用于监测天气状况并将监测结果反馈给所述控制器；
所述初始化模块用于对所述作物理化参数测量设备进行初始化；
所述信号调理模块用于对所述入射光电探测器采集的信号和所述反射光电探测器采集的信号进行处理。
优选地，所述信号调理模块包括依次相连的前置放大电路、滤波电路、增益可调电路、信号整形电路和模数转换电路，所述前置放大电路用于将所述入射光电探测器采集的信号和所述反射光电探测器采集的信号进行放大处理。
优选地，所述信号调理模块还包括灵敏度调节电路，所述灵敏度调节电路用于调整所述前置放大电路的增益，以使所述前置放大电路保持线性工作。
优选地，所述主动光源包括多组LED灯，同一组的所述LED灯发出相同光谱波段的光，不同组的LED灯发出不同光谱波段的光。
优选地，所述多组LED灯至少包括红光LED灯、绿光LED灯和近红外光LED灯。
优选地，所述多组LED灯的点亮方式为闪烁方式。
优选地，所述腔体内还包括：
垂直于所述第一表面设置的旋转轴；
与所述旋转轴相连的摆动电机；
其中，所述滤光片的个数为2m×N个，其中，N≥4，m≥2，m和N均为正整数；每m个滤光片一组，在所述控制器的控制下，所述摆动电机带动所述旋转轴旋转，使得同组内的m个滤光片相互切换。
优选地，所述入射光电探测器的个数为4个，所述m＝2。
优选地，16个所述滤光片的中心波长分别为：800nm，750nm，730nm，710nm，700nm，680nm，670nm，550nm，其中，所述中心波长偏移量小于或等于0.2nm。
本发明还提供一种作物理化参数测量方法，用于上面所述的作物理化参数测量设备，所述作物理化参数测量方法包括：
监测日照强度；
判断所述日照强度是否达标；
若是，则启用被动模式；
若否，则启用主动模式，打开主动光源；
初始化所述作物理化参数测量设备；
采集数据并处理所述采集数据；
根据所述采集数据计算得到植被指数；
判断所述植被指数是否合理；
若合理，则将所述植被指数输出显示并保存；
若不合理，则返回所述采集数据并处理所述采集数据步骤。
优选地，在所述启用主动模式，打开主动光源的同时，还包括关闭所述作物理化参数测量设备的入射光电探测器。
经由上述的技术方案可知，本发明提供的作物理化参数测量设备包括主动光源，所述主动光源能够为作物提供特定光谱照射，使得作物理化参数测量设备工作在主动模式下，从而使得作物理化参数测量设备不仅具有被动模式，还具有主动模式，进而能够降低自身局限性，减小天气对测量条件的影响，使得作物理化参数测量设备能够适应于多种测量条件，普遍适用，从而满足测量需求。
本发明还提供一种作物理化参数测量方法，通过监测日照强度，从而判断是否满足作物理化参数测量设备的测量日照条件，若满足，则采用被动模式，若不满足，则采用主动模式，从而提高作物理化参数测量的适用性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种作物理化参数测量设备示意图；
图2为本发明实施例提供的控制系统示意图；
图3为本发明实施例提供的信号调理模块的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的腔体内的滤光片设置示意图；
图5为本发明实施例提供的分体式光电探测器的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的测量设备的整体硬件结构示意图；
图7为本发明实施例提供的一种作物理化参数测量方法流程示意图。
具体实施方式
正如背景技术所述，现有技术中测量仪均为被动式测量仪，即在光照充足且无云的天气情况下，通过入射光电探测器和反射光电探测器采集的数据，获得植被指数，而当天气情况不满足测量条件时，就无法测量，获得植被指数。
基于此，本发明提供一种作物理化参数测量设备，包括：
腔体，所述腔体包括相对设置的第一表面和第二表面；
位于所述第一表面的N个入射光电探测器，用于测量太阳光强度；
位于所述第二表面的N个反射光电探测器，用于测量作物反射光强度，N个所述反射光电探测器与N个所述入射光电探测器一一对应设置；
位于所述腔体内的滤光片；
控制系统，所述控制系统包括控制器和采集信号模块；
位于所述第二表面的主动光源，所述主动光源在所述控制系统的控制下，对作物进行照明；
其中，所述控制器用于根据所述采集信号模块的数据控制所述作物理化参数测量设备工作在主动模式和被动模式。
本发明提供的作物理化参数测量设备包括主动光源，所述主动光源能够为作物提供特定光谱照射，使得作物理化参数测量设备工作在主动模式下，从而使得作物理化参数测量设备不仅具有被动模式，还具有主动模式，进而能够降低自身局限性，减小天气对测量条件的影响，使得作物理化参数测量设备能够适应于多种测量条件，普遍适用，从而满足测量需求。
以上是本发明的核心思想，为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
本发明实施例提供一种作物理化参数测量设备，如图1所示，图1为本发明实施例提供的一种作物理化参数测量设备示意图；所述作物理化参数测量设备包括：腔体0，腔体0包括相对设置的第一表面01和第二表面02；位于第一表面01的N个入射光电探测器(1,2,3,4)，用于测量太阳光强度；位于第二表面02的N个反射光电探测器(R1,R2,R3,R4)，用于测量作物反射光强度，N个反射光电探测器(R1,R2,R3,R4)与N个入射光电探测器(1,2,3,4)一一对应设置；位于腔体0内的滤光片(图中未示出)；控制系统5，控制系统5包括控制器和采集信号模块；位于第二表面02的主动光源6，主动光源6在控制系统5的控制下，对作物进行照明；其中，控制器用于根据采集信号模块的数据控制作物理化参数测量设备工作在主动模式和被动模式。
需要说明的是，本实施例中所述采集信号模块的数据由入射光电探测器和反射光电探测器提供。
如图2所示，本实施例中所述控制系统5还包括监测模块51、初始化模块52和信号调理模块53；监测模块用于监测天气状况并将监测结果反馈给控制器；初始化模块用于对作物理化参数测量设备进行初始化；信号调理模块用于对入射光电探测器采集的信号和反射光电探测器采集的信号进行处理。
在测量设备启动后，监测模块51对测量设备所处的环境进行日照强度监测，并将数据传输至控制器，待控制器做出判断后，选择启动主动模式还是被动模式。当选择完毕后，初始化模块52对作物理化参数测量设备进行初始化，然后通过光电探测器进行采集信号，而信号调理模块53对采集得到的信号进行处理。
需要说明的是，当采用主动模式时，入射光电探测器关闭，仅需反射光电探测器工作；当采用被动模式时，入射光电探测器和反射光电探测器均开启。
如图3所示，为信号调理模块的结构示意图，所述信号调理模块53包括依次相连的前置放大电路531、滤波电路532、增益可调电路533、信号整形电路534和模数转换电路535，前置放大电路531用于将入射光电探测器采集的信号和反射光电探测器采集的信号进行放大处理，通过信号调理电路将包含相应光谱信息和噪声干扰的光辐射信号进行滤波、光电转换、鉴幅、整形、适度放大等处理，之后从中获取相应的光谱信息。
需要说明的是，在不同物候期和时间段内在野外进行测量，太阳的辐射光的信息强弱程度不一样，因此作物冠层的反射光谱信息也相应存在差异。为使测量设备能够在不同的光照强度条件下，前置放大电路的工作能一直保持线性，本发明实施例中还包括灵敏度调节电路536，灵敏度调节电路536能够自动调整前置放大电路的增益，确保光电探测器的使用范围更为广泛，增强普适性。
本发明实施例中所述测量设备采用的主动光源为经过实验选择处理后的特定光谱波段的发光LED灯，主动光源包括多组LED灯，同一组的所述LED灯发出相同光谱波段的光，不同组的LED灯发出不同光谱波段的光，也即多组LED灯能够发出不同的光谱波段的光，几组光谱波段的发光LED灯交叉均匀排列在测量设备的发光口内，本发明实施例中不限定所述发光LED灯的发光视角，可选的，所述LED灯的发光视角可以定为30度。本实施例中对LED灯发出的光谱波段也不做限定，可选为针对作物理化参数的相应波段红光、绿光、红边和近红外光等而选定的光谱波段，因此，可选的，所述多组LED灯至少包括红光LED灯、绿光LED灯和近红外光LED灯。
通过对应的LED灯驱动电路确保多个LED灯发光强度一致。本发明实施例中多组LED灯采用闪烁方式发光，发光强度以及辐射到地面的光谱能量等根据标准光照条件下，使用标准的多光谱设备进行检测而标定生产，其在允许误差范围达到实验所要求的光谱发光标准。
本实施例中，测量设备采取双工作模式的形式，首先检测试验环境的光照强度情况，根据试验级别要求给出设备工作方式的建议，然后选择工作模式，当确定一种模式后，则内部一些暂时使用不到的硬件设备等将处于休眠状态。如，当选择被动模式的时候，设备的主动光源将处于关闭状态；当选择主动模式的时候，被动模式的入射光电探测器将处于关闭状态。
通过设置主动模式和被动模式，能够相对于现有技术中的被动模式，更好地适应测量环境，降低外界环境对测量的限定；另外，在日照强度允许的情况下，还可以继续使用被动模式，从而避免一直采用主动模式，能够更好的节约测量设备的电源电能。
需要说明的是，发明人在发明过程中发现，现有植被指数测量基本上都是以测量归一化差值植被指数NDVI及差值植被指数DVI等为主要获取指数，并以上述指数作为作物生长等相关模型的输入变量，获取叶绿素含量、氮素含量、叶面积指数等等，但现有技术中的测量仪获取指数较为单一，无法满足测量需求。
如现有技术中的一种仪器只有红光及近红外光两个固定的光谱波段，而且只能获取归一化植被指数和比值植被指数，当在作物生育后期阶段，较高的叶面积指数及高生物量的条件下，很容易产生归一化植被指数趋于饱和，而不适合高产作物的监测和应用。针对不同作物生理参数和生育时期，最优的波段和植被指数也不完全相同，这就限制了仅具有两个波段光谱测量传感器的使用范围。
发明人经过研究发现，通过增加光谱通道数量可以解决获取指数单一的问题，但是增加光谱通道数量对测量仪的体积增大较多，从而使得测量仪不再便携。
因此，本发明的其他实施例公开的便携式的作物理化参数测量设备的腔体内还包括：垂直于所述第一表面设置的旋转轴；与所述旋转轴相连的摆动电机；其中，所述滤光片的个数为2m×N个，其中，N≥4，m≥2，m和N均为正整数；每m个滤光片一组，在所述控制器的控制下，所述摆动电机带动所述旋转轴旋转，使得同组内的m个滤光片相互切换。
如图4所示，在腔体内还包括垂直于第一表面的旋转轴7，旋转轴下方连接有摆动电机8，所述摆动电机8与所述控制系统的控制器相连，受控制器控制。本实施例中滤光片的个数为2m×N个，也即每个位于第一表面上的入射光电探测器对应m个滤光片，每个位于第二表面上的反射光电探测器也对应m个滤光片，m个滤光片位于一个入射光电探测器的周边，通过摆动电机的带动旋转轴旋转，从而实现m个滤光片的切换。
本实施例中通过设置可自动转换滤光片卡槽的方式实现测量光谱波段通道数的增加，从而能够简化设备的硬件结构，对设备体积增加较小。
可选的，请参见图1和图4，图4为腔体内的滤光片设置示意图。腔体内总共设置有16个滤光片，其中16个滤光片分为两组，每组包括8个滤光片，其中第一组中位于上方的四个滤光片，如图4中的滤光片11、滤光片12、滤光片13和滤光片14分别与图1中的入射光电探测器1、入射光电探测器2、入射光电探测器3和入射光电探测器4相对应设置，第一组中位于下方的四个滤光片，如图4中的滤光片R11、滤光片R12、滤光片R13和滤光片R14分别与图1中的反射光电探测器R1、反射光电探测器R2、反射光电探测器R3和反射光电探测器R4相对应设置；第二组中位于上方的滤光片21、滤光片22、滤光片23和滤光片24，分别与位于下方的滤光片R21、滤光片R22、滤光片R23和滤光片R24一一对应，且当滤光片21与入射光电探测器1相对应时，其他滤光片也正好对应到相应的入射光电探测器或反射光电探测器的位置上。
需要说明的是，为便于滤光片的设置，本实施例中在入射光电探测器和反射光电探测器上设置有圆形孔，并将滤光片卡接在卡槽内，每个卡槽与入射(或反射)光电探测器的圆形孔径形状完全吻合，从而卡接有滤光片的卡槽旋转至圆形孔时，能够卡入到入射(或反射)光电探测器的圆形孔内，从而实现滤光。每个卡槽通过卡槽转轴9连接到旋转轴7上，使得滤光片在摆动电机8的旋转控制下，实现滤光片的切换。
本实施例中不限定滤光片的具体个数，可以设置多组滤光片，对于滤光片总数为16的情况，可选地，将每个卡槽轴与相邻卡槽轴之间形成30°夹角，从而方便控制器中的控制程序设定。在本发明的其他实施例中，所述滤光片的个数还可以为其他数值，从而每个卡槽轴与相邻卡槽轴之间的夹角也可以根据实际滤光片的个数而设置。
本实施例中也不限定各滤光片的中心波长，可根据所测量的植被指数进行选择，本实施例中可选地，本实施例中16个所述滤光片的中心波长分别为：800nm，750nm，730nm，710nm，700nm，680nm，670nm，550nm，其中，所述中心波长偏移量小于或等于0.2nm。
需要说明的是，对数据采集而言，光电探测器的参数设计最重要的是光电探测镜头光阑参数的设定，以保证光电探测器的分辨率较高以及光电探测器的信号强度。本实施例中可选的，8个光电探测器的探测镜头结构设计参数如下：光阑孔内径12.5mm，孔深26mm，视场角30°；性能参数为：光谱滤光片选择窄带干涉滤光片010FC14-12.5，其中心波长分别为800nm、750nm、730nm、710nm、700nm、680nm、670nm和550nm，中心波长偏移小于0.2nm，半波宽10nm，直径为12.5mm；选用的硅光电探测器型号为2CR1227-01，光谱响应度为0.011A/(W/cm2)。
本实施例中由于采用了旋转轴和摆动电机，从而能够实现多组滤光片的自动切换，同样的，本实施例中提供的光电探测器的探测镜头也有所改进，以实现滤光片的可拆卸、可更换、设备工作时可自动转换功能。
如图5所示，为分体式光电探测器的结构示意图。本实施例中的入射光电探测器包括：光学窗口T1、漫射体T3、滤光片T4、硅光电二极管T5以及适配信号放大器电路，其中光学窗口T1和漫射体T3之间，漫射体T3和滤光片T4之间还包括垫圈T2，滤光片T4设置在卡槽内。而反射光电探测器不需要漫射体T3，与入射相比其它均一样，因为作物冠层接近全扩散表面特征，可视作“朗伯面”，所以不需设置漫射体。光学窗口与漫射体部分作为光电探测器的前部(反射光电探测器此部分仅有光学窗口)，置于设备表面；滤光片为设备密封体内可以自动转换的中部；硅光电二极管以及适配放大器电路为后部。
本实施例中的作物理化参数测量设备测量数据时，先测量四个光谱波段的入射及对应反射强度，然后自动切换四个滤光片，再测量另外四个光谱波段的入射及对应反射强度。为了保证测量的精确度，减少偶然误差，每组测量三次，取其均值并由相关程序模块进行记录赋值，测量频率3次/秒，采集完毕将所有最终测量所得结果显示于显示屏并保存。
本实施例中，通过转换滤光片，且设置4个入射光电探测器，从而得到上下行各四个光谱测量通道，相对于现有技术中上下行各两个光谱测量通道而言，增加了光谱测量通道，且相对而言，滤光片卡槽转换时，可以转换一次即可得到另外上下行各四个光谱测量通道，转换次数较少即可得到较多的光谱测量通道，因此，每次采集数据时间大大减少，能够提高测量效率。
由于本实施例中的滤光片可拆卸、可更换、设备工作时可自动转换，从而可以方便地获取多通道的光谱波段信息，因此解决了现有技术中的测量仪测量光谱通道单一，功能单一等问题。同时入射光电探测器和反射光电探测器均有滤光片，可以很好的避免其它干涉光的影响，只针对所选择的反射光强度进行测量，以确保测量结果的准确度。避免了干扰因素对光谱信息获取的影响，从而可以获得更优的指数。
下面结合附图对测量设备的整体硬件结构进行说明，如图6所示，为测量设备的硬件结构中各个功能电路模块图的连接方式与连接关系的直观展示，其主要由主控制芯片STM32单片机601作为整个硬件设备的核心，来控制其他各个子模块运作，子模块包括LED灯驱动电路602、供电模块603、通信电路604、显示器605、SD存储模块606、功能按键电路607、数据采集模块608、采集信号处理放大控制电路609、数模转换电路610、摆动电机控制电路611等。其中，主控制芯片由STM32单片机最小系统构成，除供电模块之外，其他模块均与主控制系统相连接，每个子模块相互独立，子模块之间的联系均通过主控制系统统筹控制。
发明人通过实验验证得到，本发明提供的作物理化参数测量设备能够通过测量得到指数属性和对作物相应指标估测敏感性都最好的作物理化参数，例如：RTVI，MTCI，M-MTCI，OSAVI等，RTVI可以很好的估测作物生物量、追肥量、产量等，无论是高生物量还是低生物量，与其他指数相比较都具有最好的敏感性，不会出现类似NDVI等指数会在高生物量情况下易出现“饱和”现象等。OSAVI则不会像NDVI等指数易受到土壤背景的影响，而MTCI与M-MTCI则可以相互协调，从而很好地克服当LAI变化时，而对叶绿素含量估测不准确，受到LAI变化影响的问题。
具体的，在测试过程中，入射光电探测器接收到的太阳光辐射相对比较稳定，反射光电探测器输出电压值与灰度板的反射率成正比关系。采用ASD FieldPro地物光谱仪选择标准不同反射率灰度板进行测量对此仪器进行比例常数标定。用本发明提供的作物理化参数测量设备对同样的地物进行测量，获取本发明提供的测量设备的相对反射率(x)，再获取标准反射率(y)作为分析对象，采用一元多项式对测量数据进行最小二乘拟合而得到标定方程：
y800＝k1x800+b1；
y750＝k2x750+b2；
y730＝k3x730+b3；
y710＝k4x710+b4；
y700＝k5x700+b5；
y680＝k6x680+b6；
y670＝k7x670+b7；
y550＝k8x550+b8；
其中，k1～k8，b1～b8为经过最小二乘拟合以后所获得的相应常数。然后根据如下公式可计算获得相应的指数：
RTVI＝[100(R750-R730)-10(R750-R550)]*sqrt(R700/R670)；
DVI＝R800-R670；
根据以上公式可以获取所测指数的最终值，保存并显示，以备使用。
需要说明的是，利用植被或作物冠层光谱反射率的一些植被或作物判别诊断指数，均可以由本发明提供的作物理化参数测量设备监测获得。比如，对本发明提供的作物理化参数测量设备的软件程序稍加改动还可获取RDVI、PRI、NRI、GNDVI等多个与植被或作物冠层的相关光谱波段反射率有关的指数值。而且同样可以具有两种工作模式，可以不受实验外部条件限制进行相关的数据采集。此外，更换相应中心波长的滤光片，便可以改成另外一种特定功能的测量设备或衍生产品，以此来检测更多作物植被的冠层光谱反射率，从而获取其相应的指数，达到相应的目的。因此，本发明提供的作物理化参数测量设备具备较好的功能可扩展性与延伸性。
另外，将所测参数作为模型输入变量，通过相关参数结合相应的反演模型做出一些定量的估测，比如结合生长模型等，估测作物氮素含量、生物量、叶面积指数、叶绿素浓度等，然后反演定量获得作物不同生长时期所需追肥量，估测小麦等作物的产量等。
经过发明人研究成果表明，以上参数在这些方面的估测反演都是较好的，对这些量的提取反演等有非常好的敏感性。RTVI对生物量的估测，是最好的估测指数，且无论生物量的高低都具有很好的敏感性，不会出现类似NDVI指数那样在高生物量时易出现“饱和”等现象。M-MTCI与MTCI对叶绿素含量的估测也是最好的两个指数，且M-MTCI对叶面积变化不敏感，克服MTCI会受LAI影响的问题。OSAVI则也是在NDVI的基础上改进发展来的最优植被指数，克服了土壤背景对指数值的影响。
本发明还提供一种作物理化参数测量方法，用于上面实施例所述的作物理化参数测量设备，如图7所示，所述作物理化参数测量方法包括：
步骤S101：监测日照强度；
本实施例中监测日照强度同样可以通过入射光电探测器获得的数据进行分析得到，在本发明的其他实施例中还可以增加设置其他日照强度监测设备进行监测，本发明实施例对此不做限定。
步骤S102：判断所述日照强度是否达标；
所述日照强度是否达标的标准可以根据实际情况标定得到，本实施例中对此不做限定。
若是，则进入步骤S103：启用被动模式；
若否，则进入步骤S104：启用主动模式，步骤S105：打开主动光源；
需要说明的是，被动模式和主动模式的选择可以通过控制器进行控制实现，也可以人工选择，本实施例中对此不做限定，可选的，为减少人工干预，本实施例中采用控制器进行控制选择。
另外，在所述启用主动模式，打开主动光源的同时，还包括关闭所述作物理化参数测量设备的入射光电探测器的步骤。
步骤S106：初始化所述作物理化参数测量设备；
步骤S107：采集数据并处理所述采集数据；
步骤S108：根据所述采集数据计算得到植被指数；
步骤S109：判断所述植被指数是否合理；
若合理，则进入步骤S1010：将所述植被指数输出显示并保存；
若不合理，则返回所述采集数据并处理所述采集数据步骤，也即步骤S107。
本实施例中提供的作物理化参数测量方法，通过监测光照条件，选择主动模式或被动模式，从而可以全天候进行实验作业，解决由于天气影响而不能进行测量的问题。另外，其两种工作模式下所测得数据，可以进行自我对比而增加其准确率。主动模式可以很好的规避大气层等多种外界因素的影响。设备结构简单，构造成本低。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (12)
1.一种作物理化参数测量设备，其特征在于，包括：
腔体，所述腔体包括相对设置的第一表面和第二表面；
位于所述第一表面的N个入射光电探测器，用于测量太阳光强度；
位于所述第二表面的N个反射光电探测器，用于测量作物反射光强度；N个所述反射光电探测器与N个所述入射光电探测器一一对应设置；
位于所述腔体内的滤光片，滤光片的个数为2m×N个，其中，N≥4，m≥2，m和N均为正整数；每个位于所述第一表面上的所述入射光电探测器对应m个滤光片，每个位于所述第二表面上的所述反射光电探测器也对应m个滤光片；
控制系统，所述控制系统包括控制器、采集信号模块和监测模块，所述采集信号模块的数据由所述入射光电探测器和所述反射光电探测器提供；所述监测模块对所述作物理化参数测量设备所处的环境进行日照强度监测并将监测结果反馈给所述控制器；
位于所述第二表面的主动光源，所述主动光源在所述控制系统的控制下，对作物进行照明；
其中，所述控制器根据所述监测模块的所述监测结果控制所述作物理化参数测量设备工作在主动模式或被动模式。
2.根据权利要求1所述的作物理化参数测量设备，其特征在于，所述控制系统还包括初始化模块和信号调理模块；
所述初始化模块用于对所述作物理化参数测量设备进行初始化；
所述信号调理模块用于对所述入射光电探测器采集的信号和所述反射光电探测器采集的信号进行处理。
3.根据权利要求2所述的作物理化参数测量设备，其特征在于，所述信号调理模块包括依次相连的前置放大电路、滤波电路、增益可调电路、信号整形电路和模数转换电路，所述前置放大电路用于将所述入射光电探测器采集的信号和所述反射光电探测器采集的信号进行放大处理。
4.根据权利要求3所述的作物理化参数测量设备，其特征在于，所述信号调理模块还包括灵敏度调节电路，所述灵敏度调节电路用于调整所述前置放大电路的增益，以使所述前置放大电路保持线性工作。
5.根据权利要求1所述的作物理化参数测量设备，其特征在于，所述主动光源包括多组LED灯，同一组的所述LED灯发出相同光谱波段的光，不同组的LED灯发出不同光谱波段的光。
6.根据权利要求5所述的作物理化参数测量设备，其特征在于，所述多组LED灯至少包括红光LED灯、绿光LED灯和近红外光LED灯。
7.根据权利要求6所述的作物理化参数测量设备，其特征在于，所述多组LED灯的点亮方式为闪烁方式。
8.根据权利要求1所述的作物理化参数测量设备，其特征在于，所述腔体内还包括：
垂直于所述第一表面设置的旋转轴；
与所述旋转轴相连的摆动电机；
其中，每m个滤光片一组，在所述控制器的控制下，所述摆动电机带动所述旋转轴旋转，使得同组内的m个滤光片相互切换。
9.根据权利要求8所述的作物理化参数测量设备，其特征在于，所述入射光电探测器的个数为4个，所述m＝2。
10.根据权利要求9所述的作物理化参数测量设备，其特征在于，8个所述滤光片的中心波长分别为：800nm，750nm，730nm，710nm，700nm，680nm，670nm，550nm，其中，所述中心波长偏移量小于或等于0.2nm。
11.一种作物理化参数测量方法，其特征在于，用于权利要求1-10任意一项所述的作物理化参数测量设备，所述作物理化参数测量方法包括：
监测日照强度；
判断所述日照强度是否达标；
若是，则启用被动模式；
若否，则启用主动模式，打开主动光源；
初始化所述作物理化参数测量设备；
采集数据并处理所述采集数据；
根据所述采集数据计算得到植被指数；
判断所述植被指数是否合理；
若合理，则将所述植被指数输出显示并保存；
若不合理，则返回所述采集数据并处理所述采集数据步骤。
12.根据权利要求11所述的作物理化参数测量方法，其特征在于，在所述启用主动模式，打开主动光源的同时，还包括关闭所述作物理化参数测量设备的入射光电探测器。
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