CN112413449B - 一种植物生长灯的智能配光系统及植物智能配光方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种植物生长灯的智能配光系统及植物智能配光方法，智能配光系统包括光源模组、调光控制模组、存储单元、检测模组、以及传动模组和驱动电源盒；检测模组包括光照强度传感器以及CCD视觉单元；CCD视觉单元安装在光源模组的底部且用于捕捉视野范围内的植物叶片，并对植物叶片的数量进行统计和叶片颜色进行分类；调光控制模组通过叶片颜色的分类占比调节LED发光板中的驱动电流，以此来改变红蓝光配比；本发明利用CCD视觉系统对植株的叶片进行监测；通过植物叶片的颜色数量的比例判断植物的生长状况，并可根据植物的生长状况改变红蓝光配比从而改善植物的生长状况，实现了智能化的配光方案，能广泛运用在植物的培育领域。

Description

一种植物生长灯的智能配光系统及植物智能配光方法
技术领域
本发明涉及到植物生长灯的智能配光系统以及植物的智能配光方法。
背景技术
LED灯已经逐渐取代白炽灯成为新一代照明设备，而LED灯也广泛作为植物促进生长的光源被应用于植物培育过程中，现有市面上的植物灯通常只是单纯为了给植物提供人工光源，而植株在培育过程中，灯光影响植物生长的主要有两大因素，光强的改变以及光质的改变影响植物叶绿素的转化；而光强的改变对于植物生长是比较好控制的，但是对于光质与植物生长的相关性现有技术中研究的较少；同时现有对于植物生长过程中，一般是采用人为干预，即通过肉眼判断植物的生长状况，从而来改变光强等因素来对植株的生长进行人为干预。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题中的技术问题之一。为此本发明的目的是为了提供一种智能化配光系统；
一种植物生长灯的智能配光系统，包括，
光源模组，集成有散热器以及LED发光板；其中LED发光板上排布有若干组LED灯；
调光控制模组，与光源模组电连接，用于控制传动模组带动光源模组上下升降或者控制光源模组的出光；
存储单元，与调光控制模组电连接，用于存储在不同生长阶段植物的模板图片；
检测模组，包括光照强度传感器以及CCD视觉单元，其中CCD视觉单元包括控制电脑和与控制电脑电连接的相机；
传动模组，与调光控制模组电性连接；
驱动电源盒，与所述光源模组、调光控制模组以及检测模组和传动模组电性连接；用于给上述模组供电；
其中，CCD视觉单元安装在光源模组的底部且用于捕捉视野范围内的植物叶片，并对植物叶片的数量进行统计和叶片颜色进行分类；调光控制模组通过叶片颜色的分类占比调节LED发光板中的驱动电流，以此来改变红蓝光配比。
作为优选方案，CCD视觉单元包括固定在光源模组下方的相机以及与相机电连接的控制电脑。
作为优选方案，调光控制模组包括与光源模组相连的调光控制器。
作为优选方案，传动模组包括电机、滚动轴、绕线器、若干限位开关、传动绳、滑轮以及传动装置载体；传动模组与光源模组固定连接，传动模组与调光控制模组电性连接；电机与滚动轴固定连接，绕线器固定在滚动轴上，限位开关设置在传动装置载体内；传动绳绕接在绕线器上并穿过传动装置载体的侧面与滑轮滑动连接。
作为优选方案，调光控制模组用于驱动和控制传动模组中的电机正转、反转或关闭，电机用于带动缠绕在电机上的传动绳进行收放，传动绳固定在光源模组上；通过电机从而带动光源模组实现上下升降。
一种绿色植物的智能配光方法：包括：
STEP1:将植物放置在相机镜头下，打开相机，通过控制电脑控制调光控制器启动电机，电机带动光源模组上下升降，直至能在控制电脑画面上清晰的显示一定数量的叶片；
STEP2:在视野范围内筛选出生长发育良好，组织结构完整的叶片作为模板图片，并存储在存储单元内；
STEP3：根据植物生长的过程中叶片出现的颜色，将叶片颜色划分成三种颜色：绿色、黄绿色以及黄色，利用对应颜色的RGB值利用转换公式计算灰度值，以此来限定叶片颜色的灰度范围；其中黄色的灰度值范围划分为227～244，绿色的灰度值范围划分为30～76，黄绿色灰度值范围划分为150～189；将上述的灰度值范围录入到控制电脑中；
STEP4:相机通过加权平均法对植物叶片进行灰度化处理,然后根据存储在存储模块上的叶片模板图片对在视野范围内的所有叶片进行第一次对象化识别，识别出相机视野范围内的叶片，并对叶片的数量进行统计；
STEP5:利用中值滤波的方法滤除图像的噪声信息，采用迭代阈值法计算阈值，通过上述阈值对图像进行二值化处理，从而得到叶片的灰度值，通过灰度值范围，从而对颜色分类；符合上述灰度值范围的叶片，分别划入上述3种颜色范围内，实现对叶片的颜色进行数量分类；
STEP6:计算绿色、黄绿色以及黄色叶片数量的比例，通过绿色与黄绿色以及黄色叶片的比例，调光控制器通过调节LED灯板发光件的驱动电流，以此来增加或减少红蓝光的配比，从而改变叶片的生长颜色。
作为优选方案，通过在控制电脑端控制相机拍照；截取一个植株画面，调光控制器根据上述植株画面确定图片的像素范围，在植株生长过程中，植株在相机中呈现的像素范围逐渐增大，调光控制器根据上述图片的像素范围，控制电机启动，使电机带动传动绳收缩，通过传动绳带动相机上升，以此保证植株在相机中呈现的像素范围不变。
作为优选方案，在光源模组的底部安装距离传感器，通过距离传感器检测植株叶片与距离传感器之间的高度差，在控制电脑端上记录这一初始高度差，在植物生长过程中，距离传感器一固定周期内检测植株叶片与距离传感器之间的高度差，与上述初始高度差作比对，当前高度差小于初始高度差，调光控制器控制电机启动，使电机带动传动绳收缩，通过传动绳带动相机上升，以此保证植株在相机中呈现的像素范围不变。
本发明的有益效果：
本发明利用CCD视觉系统对植株的叶片进行监测；通过植物叶片的颜色数量的比例判断植物的生长状况，并可根据植物的生长状况改变红蓝光配比从而改善植物的生长状况，实现了智能化的配光方案，能广泛运用在植物的培育领域；本发明中同时可通过光照强度传感器感知环境光的强度，以此对光源模组进行智能开闭，起到了节能减排以及避免了植物因光照过强而导致发育不良的问题。
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示出的结构获得其他的附图。
附图1是一种植物生长灯的智能配光系统的整体示意图；
附图2是光源模组的结构示意图；
附图3是传动模组的结构简图；
附图4是植物灯的发光件在380nm～780nm波长下的红蓝光谱分布特性曲线图；
附图5是红蓝光配比对叶绿素含量影响的曲线图。
图中所示：
1、光源模组；2、调光控制模组；3、驱动电源盒；4、传动模组；11、散热架；12、LED发光板；121、PCB基板；122、发光件；123、光学保护膜；124、电气保护盖；41、电机；42、滚动轴；43、绕线器；44、若干限位开关；45、传动绳；46、滑轮；47、传动装置载体。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、内、外，中心……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
绿色植物在吸收光谱的光合色素就是叶绿素；而高等植物叶绿素分为呈蓝绿色的叶绿素a以及呈黄绿色的叶绿素b两种，还包括类胡萝卜素，其含有两种色素，即呈橙黄色的胡萝卜素以及呈黄色的叶黄素；其中全部的叶绿素b分子能吸收光能，叶绿素a分子能吸收大部分光能，同时叶绿素a对光波具有2个最强的吸收区，即波长范围为640～660nm的红光以及波长范围为430～450nm的蓝紫光；而胡萝卜素和叶黄素的最大吸收带在400～500nm的蓝紫光，并不吸收红光；同时叶绿素对橙光、黄光吸收较少，所以本发明利用红蓝光光量子对植物叶片颜色的影响提出了如下的技术方案。
实施例1:
如图1所示的一种植物生长灯的智能配光系统，包括光源模组1、调光控制模组2、存储单元(图未示)、检测模组(图未示)、以及传动模组4和驱动电源盒3；传动模组4与调光控制模组2电性连接；检测模组与调光控制模组2电连接；驱动电源盒3与上述的光源模组1、调光控制模组2以及检测模组电性连接；
作为优选方案，如图2所示的光源模组，光源模组1包括散热架11和与散热架11固定贴合的LED发光板12；LED发光板12包括PCB基板121，焊接在PCB基板121上不同类别的若干组发光件122，以及覆盖在发光件122上的光学保护膜123以及设置在中间的电气保护盖124；其中发光件由若干组LED芯片单元封装形成；例如在本实施例中选用的是可见光发光件和蓝光发光件和红光发光件形成的混合光源板。
作为优选方案，如图3所示的传动模组4包括电机41、滚动轴42、绕线器43、若干限位开关44、传动绳45、滑轮46以及传动装置载体47；其中，电机41与滚动轴42固定连接，绕线器43固定在滚动轴42上，限位开关44设置在传动装置载体47内；传动绳45绕接在绕线器43上并穿过传动装置载体47的侧面与滑轮46滑动连接；
调光控制模组2用于驱动和控制所述传动模组4中的电机正转、反转或关闭，电机41用于带动缠绕在所述电机41上的传动绳45收放，本实施例中的光源模组吊装在传动绳45的下方，传动绳45连接着光源模组1；所以可通过电机41带动光源模组1实现上下升降；
作为优选方案，调光控制模组2包括与光源模组1电连接的调光控制器21，调光控制器21可调节红光发光件中的LED芯片发出的光量子与蓝光发光件的LED芯片发出的光量子的配比，从而满足植物在不同生长状态对光质成分的需要；
为了更好的说明调光控制器21的原理，本文具体阐述了如下的调节原理，调节控制器通过改变发光件的驱动电流从而改变红光或者蓝光的光子数大小；由图4所示的光谱特性曲线可知，胡萝卜素和叶黄素对400～480nm波长的蓝光吸收强度最大，所以可通过下列数学式计算蓝光发光件产生的光子量：
Figure GDA0003793602200000061
上式中，PA(I)为蓝光的光子量，WT代表相对光谱的密度值，T为采样间隔，I为光源模组留过蓝光发光件的驱动电流；
同理，如图4所示；植物在580～680nm波长的红光吸收强度最大，可通过上述式子计算红光发光件在此波长段产生的光子量：
Figure GDA0003793602200000062
在上式中，PB(I)为红光的光子量，WT代表相对光谱的密度值，T为采样间隔，I为光源模组留过红光发光件的驱动电流；
已知调光控制器21的流过红光发光件和蓝光发光件的驱动电流即可计算蓝光产生的光子量大小和红光产生的光子量大小，然后利用下式即可计算红光与蓝的光子配比：
R/B＝MPB(I)/NPA(I)
上式中，M为红光发光件中LED芯片的数量，N为蓝光发光件的LED芯片的数量，PB(I)为红光的光子量，PA(I)为蓝光的光子量，R/B为红光与蓝光的光子量配比。通过上述公式和原理阐述了调光控制器21可通过改变光源模组的发光件的驱动电流从而计算红光和蓝光的光量子配比，下面结合本实施例中的检测模组，阐述在此基础上的进一步应用：
实施例2：
具体应用实施例1所述的一种植物生长灯的智能配光系统的植物智能化配光方法，具体如下：
本发明的检测模组还包括CCD视觉单元，CCD视觉单元包括相机(图未示)以及与相机相连的控制电脑(图未示)，其中相机固定在光源模组的底部；通过传动模组4带动光源模组1从而带动相机同时实现上下升降，直至相机镜头能覆盖一定数量的植株，相机根据存储在存储模块上的叶片模板对在视野范围内的所有叶片进行第一次对象化识别，识别出相机视野范围内的叶片，并对叶片的数量进行统计，需要注意的是，第一次对象化识别前会对视野范围内的所有叶片进行灰度化处理。
然后根据叶片形状特征与预存在存储模块中的叶片模板图片比对；形状相似度超过60％即判定为识别通过；然后对通过叶片的灰度计算叶片的颜色进行转换并分类；本发明的颜色识别属于现有技术，所以在此不再具体阐述，下面具体阐述颜色的分类方法：
通过加权平均法对植物叶片进行灰度化处理；然后利用中值滤波的方法滤除图像的噪声信息，采用迭代阈值法计算阈值，通过上述阈值对图像进行二值化处理，从而的到目标物体的灰度值，通过灰度值范围，从而对颜色分类；
如下表所示，表中列举了叶片的常见的三组主体颜色：绿色、黄绿色、黄色；通过如下公式可以计算出上述颜色的RGB值对应的灰度值：
Z＝0.3R+0.59G+0.11B
上式中，Z代表灰度值，R、G、B分别代表颜色的RGB值；
颜色 灰度值 R G B
黄色 227 255 255 0
浅黄色 244 255 255 153
绿色1 76 0 128 0
深绿色 30 0 51 0
黄绿色 189 127 255 0
绿色2 150 0 255 0
根据上表的灰度值范围，黄色的灰度值范围可划分为227～244，绿色的灰度值范围可划分为30～76，黄绿色灰度级范围可划分为150～189；根据相机识别出的叶片的灰度值，只要符合上述灰度范围的叶片，即可划入上述3种颜色范围内，从而实现对叶片的颜色进行数量分类；
对此，由于植株在生长阶段体积不断变大，同时高度会增加，所以可根据植株的类别，存储模块中的叶片模板是根据植株的生长速度选择合理的采样周期，在采样周期内，相机自动拍摄当前生长阶段的植株照片，并从识别到的植株照片中筛选出一组叶片作为叶片模板。
实施例2：
在植物生长阶段，植株也会不断长高，叶片离相机的距离越近，导致目标物在相机中呈现的像素范围会越来越大，这使得植株可能超过原相机囊括的视野范围；所以参照上述依据，操作人员可在控制电脑端锁定一个植株画面的像素范围(即相机能囊括的视觉范围)，具体地，通过在控制电脑端控制相机拍照；截取一个植株画面，调光控制器根据上述植株画面确定图片的像素范围，在植株生长过程中，植株在相机中呈现的像素范围逐渐增大，调光控制器根据上述初始图片的像素范围，控制电机启动，使电机带动传动绳收缩，通过传动绳带动相机上升，以此保证植株在相机中呈现的像素范围不变。
实施例3：
作为解决实施例2中技术问题的替代方案，上述方案只能大体的保证植株画面的像素范围不变，可能会存在的一定像素偏差(因为植物叶片在生长过程中也会不断变大，导致图片像素范围的影响因素会有相对高度差以及植物叶片大小)，由此上述方法可替换为如下方案，以此来减小检测偏差：
在光源模组的底部安装距离传感器，其中距离传感器可选用超声波测距传感器、激光测距传感器、红外线测距传感器、24GHZ雷达传感器的一种；通过距离传感器检测植株叶片与距离传感器之间的高度差，在控制电脑端上记录这一初始高度差，在植物生长过程中，距离传感器在一固定周期(可根据植物的生长规律自行设置周期)内检测植株叶片与距离传感器之间的高度差，与上述初始高度差作比对，当前高度差小于初始高度差，调光控制器控制电机启动，使电机带动传动绳收缩，通过传动绳带动相机上升，以此保证植株在相机中呈现的像素范围不变。
实施例3：
为了进一步描述本智能配光方法的原理，结合如下案例进行具体说明；
将樱桃树叶片根据生长状况呈现的主体颜色分为三种：绿色、黄绿色、黄色；根据上述三组组颜色对识别后的颜色进行RGB匹配；计算每种颜色对应叶片的数量；假设识别后的叶片颜色分为绿色：黄绿色：黄色的数量比为7:2:1，则可以判定绿色为视野范围内的主体颜色；
为此，由叶片颜色影响因素可以了解，叶片呈现的颜色主要与浓度最高的光合色素有关，所以在上述例子中呈现绿色的叶子是因为在植物组织中叶绿素a的浓度最高导致会呈现绿色；呈现黄绿色是因为叶绿素b浓度最高，呈现黄色是因为叶黄素浓度最高；根据上述分析，结合正常生长时叶片光合色素的比例为叶绿素a:叶绿素b：叶黄素：胡萝卜素＝3:1:1:0.5；由上述颜色比例7:2:1可得出如下结论，叶黄素的含量较低，而叶黄素主要吸收400～500nm的蓝紫光，对此可减小红蓝光的配比(即增加蓝光的光量子，或者减少红光的光量子)；
可以在本实施例中做了如下的对比试验；由表2的数据可以得出，在同等光照强度的条件下，分别在红蓝光配比R/B的值为1:1，2:1,3:1的条件下，叶片的叶绿素的含量逐渐增加，樱桃树的叶片的叶绿素含量与红蓝光的配比正相关(即叶绿素含量会随着红蓝光的配比正相关)，但由图5所示的折线图可知，在红蓝光配比R/B为4:1时达到最大值时，继续增大红蓝光配比叶绿素的含量会出现下降的趋势，最后趋于稳定；
Figure GDA0003793602200000101
根据上表分析可知，在不同的光照强度下，叶绿素含量也会不同，所以选择合适的光照强度对植物的生长也尤为重要；下面结合案例进行分析，假设绿色：黄绿色：黄色的数量比为3:1:6，即此时的叶片颜色主要呈现的是黄绿色；假设植物光照强度对于植物是最优的，不考虑其他影响因素，可以得出以下结论，叶黄素的含量偏高或者叶绿素的含量偏低；对此，调光控制器21需要调节驱动电流，以此来增加红蓝光的配比，从而可在一定程度上增大植物叶片叶绿素的含量，由此来调节叶片的颜色。
上述实施例中，结合相机对植物叶片的颜色进行识别分析，实时调整最佳的红蓝光的配比，为植物的科学配光提出了全新的解决方案；基于此，为了体现更为智能化的控制方案，在此基础上实施例中的检测模组还包括有光强度传感器，上述光强度传感器用于检测环境的光强，当环境光强已经达到或者超过植物满足光合作用的的光强度阈值，调光控制器21可关闭光源模组；
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种植物生长灯的智能配光系统，其特征在于，包括，
光源模组，集成有散热器以及LED发光板；其中所述LED发光板上排布有若干组LED灯；
调光控制模组，与所述光源模组电连接，用于控制传动模组带动光源模组上下升降或者控制光源模组的出光；
存储单元，与调光控制模组电连接，用于存储在不同生长阶段植物模板图片；
检测模组，包括光照强度传感器以及CCD视觉单元以及距离传感器，其中CCD视觉单元包括控制电脑和与控制电脑电连接的相机；
传动模组，与所述调光控制模组电性连接；
驱动电源盒，与所述光源模组、调光控制模组以及检测模组和传动模组电性连接；用于给上述模组供电；
其中，所述CCD视觉单元安装在光源模组的底部且用于捕捉视野范围内的植物叶片，并对植物叶片的数量进行统计和叶片颜色进行分类；所述调光控制模组通过叶片颜色的分类占比调节LED发光板中的驱动电流，以此改变红蓝光配比；
所述相机用于根据存储在存储模块上的叶片模板对视野范围内的所有叶片进行第一次对象化识别，识别出相机视野范围内的叶片，并对叶片的数量进行统计；及通过叶片的灰度计算叶片的颜色进行转换并分类。
2.根据权利要求1所述的一种植物生长灯的智能配光系统，其特征在于：所述CCD视觉单元包括固定在光源模组底部的相机以及与相机电连接的控制电脑。
3.根据权利要求1所述的一种植物生长灯的智能配光系统，其特征在于：所述调光控制模组包括与所述光源模组相连的调光控制器。
4.根据权利要求1所述的一种植物生长灯的智能配光系统，其特征在于:所述传动模组包括电机、滚动轴、绕线器、若干限位开关、传动绳、滑轮以及传动装置载体；所述电机与所述滚动轴固定连接，所述绕线器固定在所述滚动轴上，所述限位开关设置在所述传动装置载体内；所述传动绳绕接在绕线器上并穿过传动装置载体的侧面与所述滑轮滑动连接。
5.根据权利要求4所述的一种植物生长灯的智能配光系统，其特征在于：所述调光控制模组用于驱动和控制所述传动模组中的电机正转、反转或关闭，所述电机用于带动缠绕在所述电机上的传动绳进行收放，所述传动绳固定在所述光源模组上；通过所述电机从而带动光源模组实现上下升降。
6.一种植物智能配光方法：包括：
STEP1:将植物放置在相机镜头下，打开相机，通过控制电脑控制调光控制器启动电机，电机带动光源模组上下升降，直至能在控制电脑画面上清晰的显示一定数量的叶片；
STEP2:在视野范围内筛选出生长发育良好，组织结构完整的叶片作为模板图片，并存储在存储单元内；
STEP3：根据植物生长的过程中叶片出现的颜色，将叶片颜色划分成三种颜色：绿色、黄绿色以及黄色，利用对应颜色的RGB值利用转换公式计算灰度值，以此来限定叶片颜色的灰度范围；其中黄色的灰度值范围划分为227～244，绿色的灰度值范围划分为30～76，黄绿色灰度值范围划分为150～189；将上述的灰度值范围录入到控制电脑中；
STEP4:相机通过加权平均法对植物叶片进行灰度化处理,然后根据存储在存储模块上的叶片模板图片对在视野范围内的所有叶片进行第一次对象化识别，识别出相机视野范围内的叶片，并对叶片的数量进行统计；
STEP5:利用中值滤波的方法滤除图像的噪声信息，采用迭代阈值法计算阈值，通过上述阈值对图像进行二值化处理，从而得到叶片的灰度值，通过灰度值范围，从而对颜色分类；符合上述灰度值范围的叶片，分别划入上述3种颜色范围内，实现对叶片的颜色进行数量分类；
STEP6:计算绿色、黄绿色以及黄色叶片数量的比例，通过绿色与黄绿色以及黄色叶片的比例，调光控制器通过调节LED灯板发光件的驱动电流，以此来增加或减少红蓝光的配比，从而改变叶片的生长颜色。
7.根据权利要求6所述的一种植物智能配光方法，还包括：
通过在控制电脑端控制相机拍照；截取一个植株画面，调光控制器根据上述植株画面确定图片的像素范围，在植株生长过程中，植株在相机中呈现的像素范围逐渐增大，调光控制器根据上述图片的像素范围，控制电机启动，使电机带动传动绳收缩，通过传动绳带动相机上升，以此保证植株在相机中呈现的像素范围不变。
8.根据权利要求6所述的一种植物智能配光方法，还包括：
在光源模组的底部安装距离传感器，通过距离传感器检测植株叶片与距离传感器之间的高度差，在控制电脑端上记录这一初始高度差，在植物生长过程中，距离传感器一固定周期内检测植株叶片与距离传感器之间的高度差，与上述初始高度差作比对，当前高度差小于初始高度差，调光控制器控制电机启动，使电机带动传动绳收缩，通过传动绳带动相机上升，以此保证植株在相机中呈现的像素范围不变。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103077529B (zh) * 2013-02-27 2016-04-06 电子科技大学 基于图像扫描的植物叶片特征分析系统
CN104359049B (zh) * 2014-11-03 2017-07-21 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所 植物人工光栽培智能精准照明节能方法及其装置
CN106504258B (zh) * 2016-08-31 2019-04-02 北京农业信息技术研究中心 一种植物叶片图像提取方法及装置
CA3062229C (en) * 2017-05-02 2020-04-14 10644137 Canada Inc. Method of growing plants using led light and led light system employing same
CN109801235B (zh) * 2018-12-28 2023-03-28 佛山科学技术学院 一种绿萝叶片病害原因检测方法及装置
CN209688715U (zh) * 2019-03-08 2019-11-26 浙江畅朗照明有限公司 一种可自调节植物各生长阶段光照配比的led照明装置
CN111418381A (zh) * 2020-04-26 2020-07-17 南京格尼兹农业科技有限责任公司 一种可动态调节的led植物补光系统及动态调光方法

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