CN108318432A - 一种三维高光谱杂草成像装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种三维高光谱杂草成像装置及方法，所述装置包括：圆柱形暗箱以及与所述圆柱形暗箱配套的顶盖结构；所述顶盖结构的下表面设置有半径小于所述顶盖结构半径的旋转环形轨道，所述旋转环形轨道上固定有高光谱相机，所述旋转环形轨道在第一电机的驱动下旋转运动，使得所述高光谱相机跟着所述旋转环形轨道作旋转运动；所述高光谱相机用于对放置在所述圆柱形暗箱底部的杂草进行多角度的立体光谱采集。本发明能够获取杂草叶片的立体光谱信息，进而可根据杂草叶片的立体光谱信息实现对杂草叶片上的除草剂的分析。

Description

一种三维高光谱杂草成像装置及方法

技术领域

本发明涉及农业生产技术领域，具体涉及一种三维高光谱杂草成像装置及方法。

背景技术

在农作物的培养种植过程中，杂草的生长对农作物的生长很不利，由于杂草的生长能力强、蔓延速度较快，严重影响农作物对阳光和养分的吸收。为了解决这一问题，通常采用喷洒除草剂的方式去除杂草。

在实际应用中，需要对喷洒完除草剂的杂草进行分析，以获取其上的喷洒的除草剂的浓度、种类等信息。但是目前没有一种合适的装置对喷洒完除草剂的杂草进行分析，以获取其上的喷洒的除草剂的浓度、种类等信息。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种三维高光谱杂草成像装置及方法，本发明能够获取杂草叶片的立体光谱信息，进而可根据杂草叶片的立体光谱信息实现对杂草叶片上的除草剂的分析。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种三维高光谱杂草成像装置，包括：圆柱形暗箱以及与所述圆柱形暗箱配套的顶盖结构；

所述顶盖结构的下表面设置有半径小于所述顶盖结构半径的旋转环形轨道，所述旋转环形轨道上固定有高光谱相机，所述旋转环形轨道在第一电机的驱动下旋转运动，使得所述高光谱相机跟着所述旋转环形轨道作旋转运动；所述高光谱相机用于对放置在所述圆柱形暗箱底部的杂草进行多角度的立体光谱采集；

其中，所述装置还包括多个可编程LED主动光源和多个LED驱动；所述多个可编程LED主动光源设置在所述圆柱形暗箱的内侧壁，所述多个LED驱动设置在所述圆柱形暗箱的外侧壁，所述多个LED驱动通过线缆与所述多个可编程LED主动光源对应连接，通过LED驱动可调节对应可编程LED主动光源的发光亮度。

优选地，所述顶盖结构上表面设置有把手。

优选地，所述圆柱形暗箱的下底面为一可拆卸的底盘结构，所述底盘结构通过卡扣连接在所述圆柱形暗箱的底部。

优选地，所述可编程LED主动光源的个数为3～6个。

优选地，所述可编程LED主动光源设置在靠近杂草的位置处。

优选地，所述圆柱形暗箱为塑料暗箱或木制暗箱。

优选地，所述圆柱形暗箱的底面直径为10-20cm。

优选地，所述电机为微型步进电机。

第二方面，本发明还提供了一种基于第一方面所述的三维高光谱杂草成像装置的三维高光谱杂草成像方法，包括：

将所述顶盖结构掀开，将杂草放置在所述圆柱形暗箱底部后，盖上所述顶盖结构；

控制所述旋转环形轨道作旋转运动，使得所述高光谱相机跟着所述旋转环形轨道作旋转运动；

启动所述多个LED驱动和所述多个可编程LED主动光源；

控制所述高光谱相机用于对放置在所述圆柱形暗箱底部的杂草进行多角度的立体光谱采集。

优选地，所述方法还包括：

在对杂草进行多角度的立体光谱采集后，得到所述杂草在各个角度下的光谱图像，将所述杂草在各个角度的光谱图像拼接成杂草的三维图像，并将高光谱数据按照数据块的方式链接在所述三维图像上。

由上述技术方案可知，本发明提供的三维高光谱杂草成像装置，包括：圆柱形暗箱以及与所述圆柱形暗箱配套的顶盖结构；所述顶盖结构的下表面设置有半径小于所述顶盖结构半径的旋转环形轨道，所述旋转环形轨道上固定有高光谱相机，所述旋转环形轨道在第一电机的驱动下旋转运动，使得所述高光谱相机跟着所述旋转环形轨道作旋转运动；所述高光谱相机用于对放置在所述圆柱形暗箱底部的杂草进行多角度的立体光谱采集；所述装置还包括多个可编程LED主动光源和多个LED驱动；所述多个可编程LED主动光源设置在所述圆柱形暗箱的内侧壁，所述多个LED驱动设置在所述圆柱形暗箱的外侧壁，所述多个LED驱动通过线缆与所述多个可编程LED主动光源对应连接，通过LED驱动可调节对应可编程LED主动光源的发光亮度。本发明能够获取杂草叶片的立体光谱信息，进而可根据杂草叶片的立体光谱信息实现对杂草叶片上的除草剂的分析。

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，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例提供的三维高光谱杂草成像装置的结构示意图；

图2是本发明一实施例提供的底盘结构80的示意图；

图3是本发明另一实施例提供的三维高光谱杂草成像方法的一种流程图；

图4是本发明另一实施例提供的三维高光谱杂草成像方法的另一种流程图；

在图1～图2中，各附图标记的含义如下：

10表示圆柱形暗箱；20表示顶盖结构；30表示旋转环形轨道；40表示高光谱相机；50表示可编程LED主动光源；60表示LED驱动；70表示把手；80表示底盘结构；90和100表示卡扣。

具体实施方式

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、完整的描述，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。

图1示出了本发明一实施例提供的三维高光谱杂草成像装置的结构示意图。参见图1，本发明提供的三维高光谱杂草成像装置，包括：圆柱形暗箱10以及与所述圆柱形暗箱配套的顶盖结构20；

所述顶盖结构20的下表面设置有半径小于所述顶盖结构半径的旋转环形轨道30，所述旋转环形轨道30上固定有高光谱相机40，所述旋转环形轨道30在第一电机(图中未示出)的驱动下旋转运动，使得所述高光谱相机40跟着所述旋转环形轨道30作旋转运动；所述高光谱相机40用于对放置在所述圆柱形暗箱10底部的杂草进行多角度的立体光谱采集；

其中，所述装置还包括多个可编程LED主动光源50和多个LED驱动60；所述多个可编程LED主动光源50设置在所述圆柱形暗箱的内侧壁，所述多个LED驱动60设置在所述圆柱形暗箱10的外侧壁，所述多个LED驱动60通过线缆与所述多个可编程LED主动光源50对应连接，通过LED驱动60可调节对应可编程LED主动光源50的发光亮度。

可以理解的是，所述转环形轨道30的半径小于所述顶盖结构20的半径，目的是在高光谱相机40随着旋转环形轨道30的旋转过程中，不会碰擦所述圆柱形暗箱10的侧壁。

由上面描述可知，本实施例提供的三维高光谱杂草成像装置，包括：圆柱形暗箱以及与所述圆柱形暗箱配套的顶盖结构；所述顶盖结构的下表面设置有半径小于所述顶盖结构半径的旋转环形轨道，所述旋转环形轨道上固定有高光谱相机，所述旋转环形轨道在第一电机的驱动下旋转运动，使得所述高光谱相机跟着所述旋转环形轨道作旋转运动；所述高光谱相机用于对放置在所述圆柱形暗箱底部的杂草进行多角度的立体光谱采集；所述装置还包括多个可编程LED主动光源和多个LED驱动；所述多个可编程LED主动光源设置在所述圆柱形暗箱的内侧壁，所述多个LED驱动设置在所述圆柱形暗箱的外侧壁，所述多个LED驱动通过线缆与所述多个可编程LED主动光源对应连接，通过LED驱动可调节对应可编程LED主动光源的发光亮度。本实施例能够获取杂草叶片的立体光谱信息，进而可根据杂草叶片的立体光谱信息实现对杂草叶片上的除草剂的分析。

可以理解的是，所述高光谱相机40采集的立体光谱信息可通过电缆发送给计算机。

可以理解的是，在获取杂草叶片的立体光谱信息之后，可根据杂草叶片的立体光谱信息实现对杂草叶片上的除草剂的分析。由于根据杂草叶片的立体光谱信息对杂草叶片上的除草剂的分析属于现有技术，故此处不再详述。

在一种优选实施方式中，参见图1，所述顶盖结构20上表面设置有把手70，方便用户在掀开顶盖结构20时使用。

在一种优选实施方式中，参见图2，所述圆柱形暗箱10的下底面为一可拆卸的底盘结构80，所述底盘结构80通过卡扣90和卡扣100连接在所述圆柱形暗箱10的底部。

可以理解的是，在这种优选实施方式下，可以先将底盘结构80从所述圆柱形暗箱10上取下来，然后在底盘结构80上面放上杂草后，再通过卡扣90和卡扣100连接在所述圆柱形暗箱10的底部。可见，这种情况下，不需要掀开顶盖结构20放入杂草，以避免频繁挪动顶盖结构20而对位于顶盖结构20下表面的高光谱相机40造成损坏。

为提高曝光效果，在一种优选实施方式中，所述可编程LED主动光源设置在靠近杂草的位置处。

在一种优选实施方式中，所述可编程LED主动光源的个数为3～6个。

为了减轻整个装置的重量，在一种优选实施方式中，所述圆柱形暗箱10为塑料暗箱；

为了提高整个装置的耐用性，在一种优选实施方式中，所述圆柱形暗箱10为木制暗箱。

为使得所述圆柱形暗箱10内部能充分容下杂草植株，在一种优选实施方式中，所述圆柱形暗箱10的底面直径为10-20cm。

为了减轻整个装置的重量，所述电机为微型步进电机。

本发明另一实施例提供了一种三维高光谱杂草成像方法，该方法基于上面实施例所述的三维高光谱杂草成像装置，参见图3，该方法包括如下步骤：

步骤101：将所述顶盖结构掀开，将杂草放置在所述圆柱形暗箱底部后，盖上所述顶盖结构。

步骤102：控制所述旋转环形轨道作旋转运动，使得所述高光谱相机跟着所述旋转环形轨道作旋转运动。

步骤103：启动所述多个LED驱动和所述多个可编程LED主动光源。

步骤104：控制所述高光谱相机用于对放置在所述圆柱形暗箱底部的杂草进行多角度的立体光谱采集。

在本步骤中，为获得高动态实验数据，可以在不同的光线增益下对相同场景进行两次以上扫描。具体地，可以通过LED驱动调整可编程LED主动光源的发光亮度进而实现不同的光线增益。

在一种优选实施方式中，参见图4，所述方法还包括：

步骤105：在对杂草进行多角度的立体光谱采集后，得到所述杂草在各个角度下的光谱图像，将所述杂草在各个角度的光谱图像拼接成杂草的三维图像，并将高光谱数据按照数据块的方式链接在所述三维图像上。

在本步骤中，可以通过JAVEScript程序将所述杂草在各个角度的光谱图像拼接形成杂草的三维立体图像。可以理解的是，还可以通过其他方式将所述杂草在各个角度的光谱图像拼接形成杂草的三维立体图像，本发明对此不做限定。

由上面描述可知，本实施例提供的三维高光谱杂草成像装置及方法，通过高光谱相机转动作业获取杂草多个角度的信息图像后，将图像拼接形成杂草的三维立体图像，其中，高光谱数据在底层按照数据块的方式链接在三维立体图像上。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种三维高光谱杂草成像装置，其特征在于，包括：圆柱形暗箱以及与所述圆柱形暗箱配套的顶盖结构；

所述顶盖结构的下表面设置有半径小于所述顶盖结构半径的旋转环形轨道，所述旋转环形轨道上固定有高光谱相机，所述旋转环形轨道在第一电机的驱动下旋转运动，使得所述高光谱相机跟着所述旋转环形轨道作旋转运动；所述高光谱相机用于对放置在所述圆柱形暗箱底部的杂草进行多角度的立体光谱采集；

其中，所述装置还包括多个可编程LED主动光源和多个LED驱动；所述多个可编程LED主动光源设置在所述圆柱形暗箱的内侧壁，所述多个LED驱动设置在所述圆柱形暗箱的外侧壁，所述多个LED驱动通过线缆与所述多个可编程LED主动光源对应连接，通过LED驱动可调节对应可编程LED主动光源的发光亮度。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述顶盖结构上表面设置有把手。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述圆柱形暗箱的下底面为一可拆卸的底盘结构，所述底盘结构通过卡扣连接在所述圆柱形暗箱的底部。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述可编程LED主动光源的个数为3～6个。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述可编程LED主动光源设置在靠近杂草的位置处。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述圆柱形暗箱为塑料暗箱或木制暗箱。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述圆柱形暗箱的底面直径为10-20cm。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电机为微型步进电机。

9.一种基于如权利要求1～8任一项所述的三维高光谱杂草成像装置的三维高光谱杂草成像方法，其特征在于，包括：

将所述顶盖结构掀开，将杂草放置在所述圆柱形暗箱底部后，盖上所述顶盖结构；

控制所述旋转环形轨道作旋转运动，使得所述高光谱相机跟着所述旋转环形轨道作旋转运动；

启动所述多个LED驱动和所述多个可编程LED主动光源；

控制所述高光谱相机用于对放置在所述圆柱形暗箱底部的杂草进行多角度的立体光谱采集。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：

在对杂草进行多角度的立体光谱采集后，得到所述杂草在各个角度下的光谱图像，将所述杂草在各个角度的光谱图像拼接成杂草的三维图像，并将高光谱数据按照数据块的方式链接在所述三维图像上。