CN107561550A - 一种植物监测装置及监测方法 - Google Patents
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Abstract
一种植物监测方法，无人机上的毫米波雷达或者微波雷达探测无人机与地面之间的垂直距离H2；设置于无人机上的红外测距装置探测无人机与植物顶端之间的垂直距离H1；根据垂直距离H2与垂直距离H1计算出植物的生长高度H；设置于无人机上的图像传感器获得植物的光谱、和/或反射率、和/或色坐标信息。一种植物监测装置，红外测距装置设置于无人机下方，用于探测植物与无人机之间的垂直距离；所述图像传感器设置于无人机下方，用于探测植物的光谱信息；所述毫米波雷达或者微波雷达设置于无人机下方，用于探测地面与无人机的垂直距离；其中，所述红外测距装置中具有面阵光电传感器和LED光源。采用上述方法及装置，具有多传感器，能够对植物更全面监测。
Description
技术领域
本申请涉及一种植物监测装置及检测方法。
背景技术
现有技术中，无人机在工作过程中需要实时测定自身的高度，通常采用距离传感器来收集无人机的高度数据。其中的距离传感器包括例如超声、双目视觉、激光雷达等装置。
其中，在采用激光雷达的方式中，所述激光雷达固定于无人机上，在工作过程中，由激光雷达的发射模块发出探测光，该探测光出射到地面或者其他物体表面上被反射，形成回波信号，激光雷达的接收模块接收该回波信号，激光雷达依据发射模块发出的探测光与接收模块接收的回波信号的时间差、相位差或者三角位置关系，来计算无人机自身与地面或者物体表面之间的距离，从而确定无人机的飞行高度。
但在现有技术中，激光雷达多为获得单点距离数据，对被探测目标获得的信息有限，获得的探测目标的距离数据粗糙。另外，采用的单点激光雷达多为通过红外光的光学方式来探测，在应用到对植物或者农作物的监测中时，只能够探测到农作物与激光雷达间的垂直距离信息，而不能探测得到激光雷达与地表间的垂直距离，即不能探测得到农作物本身的生长高度。
发明内容
针对现有技术存在的不足：本申请涉及一种植物监测装置以及检测方法。该植物监测装置包括无人机以及设置在无人机上的多个传感器。其中，无人机中设置的传感器包括具有面阵光电传感器的光学测距装置，能够获得探测目标更详细或者更精细的距离数据信息；并且采用微波或者毫米波雷达，能够穿透植物，测得无人机与地面的垂直距离。另外，该植物监测装置中还设置有图像传感器，该图像传感器包括为RGB图像传感器和/或红外图像传感器，通过图像传感器来探测植物或者农作物的虫害、健康程度等信息。
一种植物监测方法，设置于无人机上的毫米波雷达或者微波雷达探测无人机与地面之间的垂直距离H2；设置于无人机上的红外测距装置探测无人机与植物顶端之间的垂直距离H1；根据垂直距离H2与垂直距离H1计算出植物的生长高度H，其中H=H2-H1；设置于无人机上的图像传感器获得植物的光谱、和/或反射率、和/或色坐标信息。
根据本申请的其中一个方面，所述红外测距装置具有面阵光电传感器，所述红外测距装置在每次的探测过程中，得到植物M*N个不同位置的距离值。
根据本申请的其中一个方面，所述垂直距离H1为植物M*N个不同位置的距离值的平均值。
根据本申请的其中一个方面，所述图像传感器为RGB图像传感器或者红外图像传感器。
根据本申请的其中一个方面，所述图像传感器获得植物的图像信息，提取植物的果实大小和/或光谱信息。
一种植物监测装置，包括无人机、图像传感器、红外测距装置以及毫米波雷达或微波雷达；所述红外测距装置设置于无人机下方，用于探测植物与无人机之间的垂直距离；所述图像传感器设置于无人机下方，用于探测植物的光谱信息；所述毫米波雷达或者微波雷达设置于无人机下方，用于探测地面与无人机的垂直距离；其中，所述红外测距装置中具有面阵光电传感器和LED光源。
附图说明
图1是具有面阵光电传感器的探测装置示意图。
图2是面阵光电传感器示意图。
具体实施方式
本申请公开了一种植物监测装置及监测方法。一种植物监测装置，包括无人机、设置在无人机上的红外测距装置、微波雷达、图像传感器。
其中，飞行器中的红外测距装置，如附图1所示，包括红外光发射模块10、接收模块20、信号处理与控制模块30。其中，所述信号处理与控制模块30与接收模块20相连接。其中，接收模块20中具有面阵光电传感器。
当红外测距装置接收到工作指令后，红外光发射模块10发出经过调制信号调制的红外探测光，该红外探测光出射到外部需要探测的环境中。红外探测光遇到物体（即植物或农作物）后被反射，接收模块20收到被反射的红外探测光，接收模块将光信号转换为电信号，信号处理与控制模块30依据接收模块转换的电信号，基于飞行时间法计算所述红外测距装置与物体之间的距离。
其中，红外光发射模块10上固定设置有红外光源，所述红外光源发出具有一定横截面积的发散红外探测光光束。在优选的实施例中，所述红外光源为LED光源。
其中，接收模块20中具有面阵光电传感器，该面阵光电传感器将接收到的被物体反射的光信号转换为电信号。所述面阵光电传感器为由M行N列个光电传感器单元所组成的一块面阵光电传感器。共有M*N个测距单元。如附图2所示，该红外测距装置采用由M行N列个能够独立工作光电传感器单元所组成的一块面阵光电传感器，其中的每个光电传感器单元都能够独立工作。由于采用了面阵光电传感器，本申请所涉及的具有面阵光电传感器的红外测距装置在每次的距离探测过程中，在其中的一个实施例中，能够得到共M*N个不同位置的距离值，所述M*N个距离值与被测物体的M*N个不同区域一一对应。
在上述红外测距装置的工作过程或者使用过程中，对探测区域物体角度的确定，根据面阵光电传感器的接收视场以及面阵光电传感器中M和N的个数来确定，例如在320*240的面阵光电传感器结构中，如果接收模块的接收视场角为水平160度，垂直90度，那么每个像素所对应的视场角为水平0.5度，垂直0.375度，每个像素对应一个方位角度，即通过面阵光电传感器的其中每个像素单元（光电传感器单元）在面阵光电传感器中所处的位置，来确定探测区域中物体（植物或者农作物）的方位角度。
红外测距装置，所述具有面阵光电传感器的红外测距装置，设置于无人机下方，用于探测无人机与地面植物顶端之间的垂直距离H1。由于采用了面阵光电传感器，能够对一定视场范围内的植物进行探测，将多个距离值进行统计、筛选，针对不同的植物类型进行不同的数据计算，具有更灵活的数据处理空间。例如在稀疏的植物或者叶子比较小的植物中使用时，单点的测距装置很容易出现距离的不平稳抖动，而采用具有面阵光电传感器的红外测距装置同时探测较大视场范围（例如15*15视场角度）内的数据，通过筛选最近点或者采用平均值的方式，能够使得无人机保持平稳飞行。在其中的一实施例中，垂直距离H1为植物M*N个不同位置的距离值的平均值。
无人机还设置有微波雷达或者毫米波雷达，由于微波或者毫米波雷达具有较强的穿透能力，发出的探测信号能够直接穿透植物，到达地面，该毫米波或者微波雷达用于直接探测得到无人机与地面之间的高度H2。
根据通过微波或者毫米波雷达探测得到的高度H2、根据红外测距装置探测得到的高度H1，能够计算出植物本身的高度H=H2-H1。通过微波雷达与红外测距雷达，来探测植物本身的高度，监视植物或者农作物的生长情况。
图像传感器。用于探测植物的健康状况。例如，该图像传感器为RGB图像传感器或者为红外图像传感器。所述图像传感器获得植物的光谱、或者反射率或者色坐标等信息，通过光谱的方法判断植物的健康情况。例如，健康的植物叶子、染病的植物叶子以及正常衰老的植物叶子的反射光谱和色坐标不同，从而判监测植物的健康情况。在其中的一实施例中，所述图像传感器通过获得的植物的图像信息，提取植物的果实大小和/或光谱信息，来判断植物中的果实生产情况和/或成熟情况。
在其中的一实施例中，红外测距装置中或者飞行器中还包括惯性导航（即IMU）模块，用于探测飞行器的飞行倾斜角度。该IMU模块结合接收模块的接收视场角度来判断飞行器的垂直距离，即通过IMU模块确定飞行器的飞行姿态，确定飞行器的倾斜角度，依据该角度，确定红外测距装置接收模块何处所探测的距离值为垂直距离值，以及面阵光电传感器的具体何处对应垂直角度位置。
在其他的实施例中，飞行器或者红外测距装置中也可以没有IMU模块，根据飞行器固定的飞行倾斜角度，来确定接收模块何处探测的为垂直方向上的数据。
在上述的任意一实施例中，本申请基于飞行时间法的小型红外测距装置，采用基于相位TOF的测距技术，计算公式为：
其中，D为所计算的距离值，C为光在真空中的速度，f为调制信号的频率，DCS0~DCS3为信号采样幅值，发出的探测光为经过调制的矩形或者正弦信号。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种植物监测方法，其特征在于，设置于无人机上的毫米波雷达或者微波雷达探测无人机与地面之间的垂直距离H2；
设置于无人机上的红外测距装置探测无人机与植物顶端之间的垂直距离H1；
根据垂直距离H2与垂直距离H1计算出植物的生长高度H，其中H=H2-H1；
设置于无人机上的图像传感器获得植物的光谱、和/或反射率、和/或色坐标信息。
2.根据权利要求1所述的一种植物监测方法，其特征在于，所述红外测距装置具有面阵光电传感器，所述红外测距装置在每次的探测过程中，得到植物M*N个不同位置的距离值。
3.根据权利要求2所述的一种植物监测方法，其特征在于，所述垂直距离H1为植物M*N个不同位置的距离值的平均值。
4.根据权利要求1所述的一种植物监测方法，其特征在于，所述图像传感器为RGB图像传感器或者红外图像传感器。
5.根据权利要求1所述的一种植物监测方法，其特征在于，所述图像传感器获得植物的图像信息，提取植物的果实大小和/或光谱信息。
6.一种植物监测装置，其特征在于，包括无人机、图像传感器、红外测距装置以及毫米波雷达或微波雷达；
所述红外测距装置设置于无人机下方，用于探测植物与无人机之间的垂直距离；
所述图像传感器设置于无人机下方，用于探测植物的光谱信息；
所述毫米波雷达或者微波雷达设置于无人机下方，用于探测地面与无人机的垂直距离；
其中，所述红外测距装置中具有面阵光电传感器和LED光源。
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