CN114777055A - 植物栽培的动态照明系统及供光方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种植物栽培的动态照明系统及供光方法，该系统包括：照明模组，以及电连接的摄像头、数据处理模块和电机；照明模组包括多个由LED阵列和调焦筒构成的照明单元，电机通过传送带与调焦筒相连，以控制照明单元调整焦面；摄像头，用于在当前的第一周期内，采集目标图像；数据处理模块，用于基于目标图像进行图像分析，在分析结果满足目标条件的情况下，生成第一控制指令；电机，用于基于第一控制指令，在当前的第二周期内以持续运转，以调整照明单元经调焦后所投射出的光斑面积。本发明提供的植物栽培的动态照明系统及供光方法，能够通过电信号实现机构调整，提高系统整体的自动化和智能化，节约电能。

Description

植物栽培的动态照明系统及供光方法

技术领域

本发明涉及植物栽培技术领域，尤其涉及一种植物栽培的动态照明系统及供光方法。

背景技术

植物工厂作为设施农业的高阶生产方式，具有环境高度可控、周年连续生产、生长少受自然条件制约等优势，是未来高效农业的发展趋势之一。植物工厂中所需的全部光照均由LED植物照明灯提供，所以光源能耗问题是制约人工光型植物工厂发展和应用的主要因素。

LED因具有体积小，寿命长、发热少、光谱波段窄、光要素精量可调控等优点，但LED光效仍然不能满足生产型植物工厂的能效要求，而植物的产能又与人工光源的光能投入息息相关，也就是说无法轻易降低电能投入，因此要解决这一问题只能依靠提高LED的光效。

LED光源光效的提升有两种途径，一种是通过LED芯片性能的提升，这一途径依赖于材料技术的更新发展，研发周期较长，无法满足当前人工光型植物工厂对光源光效提升的迫切需求。另一种途径则是通过研发高效的供光方法和调光装备，在植物栽培环节，尽量减少无效光能的产生，提高植物的光电利用效率。因此，如何提高光源能效和植物的光电利用效率的需求是目前业界亟待解决的重要课题。

发明内容

本发明提供一种植物栽培的动态照明系统及供光方法，用以解决现有技术中过于以来人工操作和评判，且光源能效和植物的光电利用效率较低的缺陷，实现全自动化的智能调焦，以提高光源能效和植物的光电利用效率，节约电能。

本发明提供一种植物栽培的动态照明系统，包括照明模组，以及电连接的摄像头、数据处理模块和电机；

所述照明模组包括多个由LED阵列和调焦筒构成的照明单元，所述电机通过传送带与所述调焦筒相连，以控制所述照明单元调整焦面；

所述摄像头，用于在当前的第一周期内，采集目标图像；

所述数据处理模块，用于基于所述目标图像进行图像分析，在分析结果满足目标条件的情况下，生成第一控制指令；

所述电机，用于基于所述第一控制指令，在当前的第二周期内以持续运转，以调整所述照明单元经调焦后所投射出的光斑面积；

其中，所述目标图像包括各栽培点所种植的植物在光斑覆盖下的生长情况，所述第一周期是所述摄像头的工作周期，所述第二周期是所述电机的工作周期，所述第二周期与所述植物的生长特征对应，每个所述照明单元对应一个栽培点。

根据本发明提供的一种植物栽培的动态照明系统，所述目标条件包括当前的第二周期对应的光斑面积小于目标植株面积；

其中，所述目标植株面积为所有栽培点的植株面积中的最小值。

根据本发明提供的一种植物栽培的动态照明系统，所述LED阵列与所述数据处理模块电连接；

所述数据处理模块，还用于在所述分析结果不满足所述目标条件的情况下，生成第二控制指令，以控制所述LED阵列的辐射强度调整至与当前的光斑面积相匹配。

根据本发明提供的一种植物栽培的动态照明系统，所述调焦筒包括外螺纹筒和内螺纹筒；所述电机的齿轮和所述外螺纹筒通过所述传送带相连，所述LED阵列封装于与所述内螺纹筒底部相连的基板表面。

本发明还提供一种植物栽培的动态照明系统的供光方法，包括：控制摄像头在当前的第一周期内，采集目标图像；

控制数据处理模块基于所述目标图像进行图像分析，在分析结果满足目标条件的情况下，生成第一控制指令；

控制电机基于所述第一控制指令，在当前的第二周期内持续运转，以调整所述照明单元经调焦后所投射出的光斑面积；

其中，所述目标图像包括各栽培点所种植的植物在光斑覆盖下的生长情况，所述第一周期是所述摄像头的工作周期，所述第二周期是所述电机的工作周期，所述第二周期与所述栽培点所种植的植物对应。

根据本发明提供的一种植物栽培的动态照明系统的供光方法，在所述数据处理模块基于所述目标图像进行图像分析之后，还包括：在所述分析结果不满足目标条件的情况下，控制所述数据处理模块生成第二控制指令，以控制LED阵列的辐射强度调整至与当前的光斑面积相匹配。

根据本发明提供的一种植物栽培的动态照明系统的供光方法，所述在所述分析结果不满足目标条件的情况下，生成第二控制指令，包括：

在所述分析结果不满足目标条件的情况下，控制所述数据处理模块统计所述电机的工作时长；

所述数据处理模块基于所述电机工作时间，换算出光补偿量，并基于所述光补偿量，生成所述第二控制指令。

根据本发明提供的一种植物栽培的动态照明系统的供光方法，所述基于所述电机工作时间，换算出光补偿量，包括：

基于所述电机工作时间和第一转换关系，确定光斑扩大的直径；

基于所述光斑扩大的直径和第二转换关系，确定占空比，并基于所述占空比，生成所述第二控制指令，以控制所述LED阵列的辐射强度进行调整。

本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述植物栽培的动态照明系统的供光方法。

本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述植物栽培的动态照明系统的供光方法。

本发明提供的植物栽培的动态照明系统及供光方法，基于摄像头以第一周期定期采集目标画面，通过数据处理模块对目标画面分析后，在分析结果满足目标条件的情况下，向电机发出第一控制指令，使电机在第二周期内持续工作，通过传送带带动所有调焦筒转动，实现照明模组内的各照明单元的焦面控制，调整所生成的光斑大小。能够通过电信号实现机构调整，提高系统整体的自动化和智能化，进而，能够为植物在各第一周期的生长态势，适配对应的光斑大小，节约电能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，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是本发明提供的植物栽培的动态照明系统的结构示意图之一；

图2是本发明提供的照明单元的结构示意图之一；

图3是本发明提供的植物栽培的动态照明系统的结构示意图之二；

图4本发明提供的植物栽培的动态照明系统的供光方法的流程示意图；

图5本发明提供的植物栽培的动态照明系统的供光效果示意图之一；

图6本发明提供的植物栽培的动态照明系统的供光效果示意图之二；

图7是本发明提供的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。

应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

图1是本发明提供的植物栽培的动态照明系统的结构示意图之一。如图1所示，本发明实施例提供的植物栽培的动态照明系统，包括：照明模组110，以及电连接的摄像头120、数据处理模块130和电机140。

需要说明的是，植物栽培的动态照明系统的应用场景为，在植物工厂中为个栽培点所种植的植物提供与其生长情况相适配的光照环境，该光照环境包括但不限于光源种类、辐照面积或辐照强度等，本发明实施例对此不作具体限定。

具体地，植物栽培的动态照明系统在植物上方分别独立设置有用于提供光照环境的照明模组110和监控植物生长的摄像头120，还在远程设置有与摄像头120通信连接的数据处理模块130，以进行图像分析。以及与数据处理模块130电连接的和电机140，以驱动照明模组110改变光照环境。

照明模组110包括多个由LED阵列111-1和调焦筒111-2构成的照明单元111，电机140通过传送带与调焦筒111-2相连，以控制照明单元111调整焦面。

其中，每个照明单元111对应一个栽培点。

具体地，照明模组110可以将多个照明单元111以同一个水平面为基准，按照栽培点分布情况，设置在一个固定框架上的对应位置，以保证各照明单元111中的LED阵列111-1到对应的栽培点的辐射距离一致。再将电机140设置在固定框架任一位置，并利用传送带的一端固定，另一端从电机140穿绕至各调焦筒111-2的外表面，直至绕过最后一个调焦筒111-2的外表面，传送带的两端才能重合以形成完整的传动链路，通过一个电机140带动所有照明单元111的调焦筒111-2转动，实现对照明单元111的焦面位置的控制。

摄像头120，用于在当前的第一周期内，采集目标图像。

其中，目标图像包括各栽培点所种植的植物在光斑覆盖下的生长情况，第一周期是摄像头的工作周期。

需要说明的是，本发明实施例的摄像头120的工作模式包括但不限于持续性作业或者间歇性作业。

优选地，出于最大程度的节约电能，需要预先对摄像头120设置第一周期，以使得摄像头120在第一周期所指示的固定时间间隔下启动，进行间歇性的图像采集。

其中，可以根据植物的生长周期确定第一周期，本发明实施例对第一周期的设定不作具体限定。

示例性地，将植物的生长周期平均划分为多个第一周期，以监控植物在不同周期下的生长情况。

示例性地，将植物的生长周期按照植物生长的不同阶段划分为多个不同时长的第一周期，以监控植物在不同阶段下的生长情况。

具体地，摄像头120设置在固定框架上并使镜头对准栽培点所在区域，在当前的第一周期内，启动摄像头120进行目标图像的采集。

其中，目标图像所包括的内容与摄像头120的布设位置相关，本发明实施例对此不作具体限定。

示例性地，可以在固定框架中与某一栽培点对应的照明单元111靠近的位置垂直向下的设置摄像头120，使摄像头120定期以图像采集的方式，监控该栽培点或者以该栽培点为中心的栽培区域所种植的植物在对应照明单元111生成的光斑覆盖下的生长情况。

示例性地，可以在固定架中与中心栽培点对应的照明单元111靠近的位置垂直向下的设置摄像头120，使摄像头120定期以图像采集的方式，监控所有栽培点所种植的植物在对应照明单元111生成的光斑覆盖下的生长情况。

优选地，可以在固定架的边缘空位斜向下的设置摄像头120，避免过于靠近光源，使不同区域光照对比度差异过大，从而在图像分析中产生误差。故使摄像头120定期以图像采集的方式，监控所有栽培点所种植的植物在对应照明单元111生成的光斑覆盖下的生长情况。

数据处理模块130，用于基于目标图像进行图像分析，在分析结果满足目标条件的情况下，生成第一控制指令。

具体地，数据处理模块130接收摄像头120定期采集的目标图像，并按照目标条件对应的业务逻辑对目标图像进行分析，获取分析结果。

其中，在分析结果满足目标条件时，认为所栽种的植物有植株组织落在光斑外面，则可以停止电机140在摄像头120当前的工作周期内的工作。

在分析结果不满足目标条件时，认为光斑可以完全覆盖所栽种的植物有植株组织，则在摄像头120当前的工作周期内，继续驱动电机140再次执行一个周期的持续作业，直至分析结果满足目标条件。

可以理解的是，目标条件，是指根据目标图像判断出植株组织处于光斑外的判断条件。目标条件可以是对于植株组织处于光斑外的综合判断条件，还可以对某一个独立判断条件。其中，基于目标条件所建立的图像分析过程均采用现有的图像识别技术即可，本发明实施例对此不作具体限定。

可以理解的是，数据处理模块130可以是计算机、微控制单元(MicrocontrollerUnit，MCU)、可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）或者一种集成中央处理器（Central Processing Unit， CPU）或者上述任一种微处理单元的开发板，本发明实施例对此不作具体限定。

电机140，用于基于第一控制指令，驱动电机在当前的第二周期内持续运转，以调整照明单元经调焦后所投射出的光斑面积。

其中，第二周期是电机的工作周期，第二周期与植物的生长特征对应。

需要说明的是，需要预先根据植物的生长特征，对电机140设置第二周期，以使得电机140启动后，在第二周期所指示的固定时间间隔内进行持续作业。

具体地，电机140接收到数据处理模块130发送的第一控制指令开始启动，并以一定的转速在当前的第二周期内持续运转，带动各照明单元111的调焦筒111-2转动，对照明单元111进行焦面位置的调整，以使得照明单元111经聚焦后所投射出的光斑面积变小，而照明单元111经离焦后所投射出的光斑面积变大。

其中，电机的种类包括但不限于步进电机、伺服电机等等，本发明实施例对电机140的种类及其数量不作具体限定。

可选地，可以在植物栽培的动态照明系统中设置一个步进电机进行整体的开环控制，该步进电机接收到第一控制指令后，可以同时带动所有照明单元111进行程度一致的焦面调整。

可选地，可以在植物栽培的动态照明系统中设置对每一个照明单元111均设置一个伺服电机进行独立的闭环控制，每一个伺服电机可以接收到数据处理模块130所发送的对应的第一控制指令，可以使不同的伺服电机带动对应的照明单元111进行不同程度的焦面调整。

传统的用于植物栽培的照明系统，一般采用调节照明单元的高度，或者由人工手动干预调焦，但在实际操作中，集成照明单元的灯板比较重，且有线路干扰，频繁升降光源会造成线路缠绕、机械结构寿命缩短等影响，导致可行性较差。此外，光源距离植物太近，会造成植株局部热量集中，通风差，不利于植物生长。

而本发明实施例通过电机带动所有的变焦筒进行调焦，能够有效避免上述负面影响，采用电信号启动轻便、简单的机械传动，在为植物提供合适的辐照距离的前提下，同时改变所有照明单元生成光斑大小，既减少不必要的机械运动所消耗的电能，又能在植物生长过程中定期适配对应的光斑大小，减少不必要的光辐射范围所消耗的电能。

本发明实施例基于摄像头以第一周期定期采集目标画面，通过数据处理模块对目标画面分析后，在分析结果满足目标条件的情况下，向电机发出第一控制指令，使电机在第二周期内持续工作，通过传送带带动所有调焦筒转动，实现照明模组内的各照明单元的焦面控制，调整所生成的光斑大小。能够通过电信号实现机构调整，提高系统整体的自动化和智能化，进而，能够为植物在各第一周期的生长态势，适配对应的光斑大小，节约电能。

在上述任一实施例的基础上，目标条件包括当前的第二周期对应的光斑面积小于目标植株面积。

其中，目标植株面积为所有栽培点的植株面积中的最小值。

需要说明的是，需要在数据处理模块的分析过程中，先识别出当前所有栽培点的植株面积中的最小值为目标植株面积，以供将其与光斑面积进行比较分析。

具体地，目标条件可以设置为在当前的第二周期调焦后形成的光斑面积小于目标植株面积，以保证电机停止工作后生成的光斑与最小的植株面积匹配即可，使每一次所改变的光斑大小均以最慢的生长态势进行适应性调整。本发明实施例对目标条件对应的图像分析过程不作具体限定。

可选地，摄像头在当前的第一周期内拍摄一次目标图像，并由数据处理模块识别出当前生长趋势最慢的栽培点的植株面积（即目标植株面积）和对应的光斑面积，并分析出该光斑面积小于该植株面积时，则驱动电机在第二周期内持续工作，根据电机在当前第二周下的作业参数与原始光斑面积，推算出新的光斑面积，再将新的光斑面积与目标植株面积进行比较分析，根据分析结果是否满足目标条件来指示光斑大小是否需要调整。

可选地，摄像头在当前的第一周期内拍摄多次目标图像，并由数据处理模块对第一张目标图像识别出当前生长趋势最慢的栽培点的植株面积（即目标植株面积）和对应的光斑面积，并分析出该光斑面积小于该植株面积时，则驱动电机在第二周期内持续工作，电机结束工作后由摄像头采集再将新的光斑面积与目标植株面积进行比较分析，根据分析结果是否满足目标条件来指示光斑大小是否需要调整。

本发明实施例基于当前的第二周期对应的光斑面积小于目标植株面积进行目标条件的设定，进而进行图像分析，以指示光斑面积的调整幅度。能够使每次调整的光斑大小与最小的植株面积适配，在节约电能的基础上，还能统一植物整体的生长进度，避免某一栽培点的植物生长进度远快于其他栽培点的植物。

在上述任一实施例的基础上，LED阵列111-1与数据处理模块130电连接。

数据处理模块，还用于在分析结果不满足目标条件的情况下，生成第二控制指令，以控制LED阵列的辐射强度调整至与当前的光斑面积相匹配。

具体地，在LED阵列111-1与数据处理模块130之间，采用无线通信技术建立起通信连接，在数据处理模块130对目标图像处理得到的分析结果不满足目标条件的情况下，即电机140在当前的第二周期内工作结束后，所形成的光斑面积可以完全覆盖住植株组织，则由数据处理模块130向LED阵列111-1发送第二控制指令，以控制LED阵列111-1的光照强度，使该光照强度随当前的光斑面积的变化趋势正比例变化。

其中，无线通信技术包括但不限于WIFI无线蜂窝信号（2G、3G、4G、5G）。本发明实施例对此不作具体限定。

本发明实施例在分析结果不满足目标条件的情况下，停止电机工作，并向LED阵列发出第二控制指令，使LED阵列发出的光照强度随光斑面积的变化而正相关的变化，实现为照明模组内的各照明单元所调整的光照范围，适应性调整光照强度。能够通过光斑面积和光照强度协同调控，光斑缩小的同时降低LED光量输出以避免不必要的光能投入，而光斑扩大的同时增强LED光量输出以保证植物生长所需的光强度，能极大程度地提高植物对LED光源的光电利用效率，提高光源能效。

图2是本发明提供的照明单元的结构示意图。如图2所示，在上述任一实施例的基础上，调焦筒包括外螺纹筒211和内螺纹筒212。电机230的齿轮231和外螺纹筒211通过传送带240相连，LED阵列220封装于与内螺纹筒212底部相连的基板250表面。

具体地，在植物栽培的动态照明系统中的每一个照明单元，均由外螺纹筒211套设在内螺纹筒212外，由外螺纹筒211的下缘和内螺纹筒212的上缘沿螺纹旋转固定，将传送带240的一部分内表面贴设在电机230的齿轮231的外表面，传送带240的一部分内表面贴设外螺纹筒211的外表面，并使传送带240处于绷直状态以实现电机230和外螺纹筒211之间的机械传动。再将凸透镜光学镜片嵌入在外螺纹筒211的上缘，并将LED阵列220封装于与内螺纹筒5下缘相连的基板250的上表面。

其中，基板的材质包括但不限于铝、铁等金属或者合金，本发明实施例对不作具体限定。

本发明实施例对照明模组内的多个照明单元布设形式不作具体限定。示例性地，图3是本发明提供的植物栽培的动态照明系统的结构示意图之二。如图3所示，在植物栽培的动态照明系统中，设置一个电机310，使传送带320依次穿绕在电机310的齿轮和各照明单元的外螺纹筒，以使得电机310的齿轮带动传送带320转动，使得各照明单元的外螺纹筒和内外螺纹筒旋转，使照明单元经调焦生成的光斑330，完全覆盖且仅覆盖单颗植物的株辐空间，以此提高实际栽培区域的光辐射。进而，在光斑面积随着植物生长逐渐变大的过程中，始种保持完全覆盖且仅覆盖单颗植物的株辐空间。

本发明实施例基于电机齿轮转动时，传送带相对于外螺纹筒发生螺旋滑动，进而推动内螺纹筒轴向滑动，以在调焦的过程中外螺纹筒的螺旋运动转换为内螺纹筒的轴向运动，保证光学镜片不会发生旋转，且整个光学系统的光轴也不会发生倾斜。能够提高焦面调整的灵活性和稳定性。

图4本发明提供的植物栽培的动态照明系统的供光方法的流程示意图。如图4所示，在上述任一实施例的基础上，植物栽培的动态照明系统的供光方法，包括：步骤401、控制摄像头在当前的第一周期内，采集目标图像。

其中，目标图像包括各栽培点所种植的植物在光斑覆盖下的生长情况，第一周期是摄像头的工作周期。

需要说明的是，需要预先对摄像头设置第一周期，以使得摄像头在第一周期所指示的固定时间间隔下启动，进行间歇性的图像采集。

具体地，在步骤401中，在当前的第一周期内，启动摄像头进行目标图像的采集，以监控所有栽培点所种植的植物在对应照明单元生成的光斑覆盖下的生长情况。

步骤402、控制数据处理模块基于目标图像进行图像分析，在分析结果满足目标条件的情况下，生成第一控制指令。

其中，第二周期是电机的工作周期，第二周期与栽培点所种植的植物对应。

具体地，在步骤402中，数据处理模块接收摄像头定期采集的目标图像，并按照目标条件对应的业务逻辑对目标图像进行分析，获取分析结果。

其中，在分析结果满足目标条件时，认为所栽种的植物有植株组织落在光斑外面，则可以停止电机在摄像头当前的工作周期内的工作。

在分析结果不满足目标条件时，认为光斑可以完全覆盖所栽种的植物有植株组织，则在摄像头当前的工作周期内，继续驱动电机再次执行一个周期的持续作业，直至分析结果满足目标条件。

步骤403、控制电机基于第一控制指令，在当前的第二周期内持续运转，以调整照明单元经调焦后所投射出的光斑面积。

需要说明的是，需要预先根据植物的生长特征，对电机设置第二周期，以使得电机启动后，在第二周期所指示的固定时间间隔内进行持续作业。

具体地，在步骤403中，电机接收到数据处理模块发送的第一控制指令开始启动，并以一定的转速在当前的第二周期内持续运转，带动各照明单元的调焦筒转动，对照明单元进行焦面位置的调整，以使得照明单元经聚焦后所投射出的光斑面积变小，而照明单元经离焦后所投射出的光斑面积变大。

本发明实施例基于摄像头以第一周期定期采集目标画面，通过数据处理模块对目标画面分析后，在分析结果满足目标条件的情况下，向电机发出第一控制指令，使电机在第二周期内持续工作，通过传送带带动所有调焦筒转动，实现照明模组内的各照明单元的焦面控制，调整所生成的光斑大小。能够通过电信号实现机构调整，提高系统整体的自动化和智能化，进而，能够为植物在各第一周期的生长态势，适配对应的光斑大小，节约电能。

在上述任一实施例的基础上，在数据处理模块基于目标图像进行图像分析之后，还包括：在分析结果不满足目标条件的情况下，控制数据处理模块生成第二控制指令，以控制LED阵列的辐射强度调整至与当前的光斑面积相匹配。

具体地，数据处理模块对目标图像处理得到的分析结果不满足目标条件的情况下，即电机在当前的第二周期内工作结束后，所形成的光斑面积可以完全覆盖住植株组织，则由数据处理模块向LED阵列发送第二控制指令，以控制LED阵列的光照强度，使该光照强度随当前的光斑面积的变化趋势正比例变化。

本发明实施例在分析结果不满足目标条件的情况下，停止电机工作，并向LED阵列发出第二控制指令，使LED阵列发出的光照强度随光斑面积的变化而正相关的变化，实现为照明模组内的各照明单元所调整的光照范围，适应性调整光照强度。能够通过光斑面积和光照强度协同调控，光斑缩小的同时降低LED光量输出以避免不必要的光能投入，而光斑扩大的同时增强LED光量输出以保证植物生长所需的光强度，能极大程度地提高植物对LED光源的光电利用效率，提高光源能效。

在上述任一实施例的基础上，在分析结果不满足目标条件的情况下，生成第二控制指令，包括：在分析结果不满足目标条件的情况下，控制数据处理模块统计电机的工作时长。

具体地，在电机每结束一个第二周期内的工作后，数据处理模块可以调取出目标图像解析出的目标植株面积数据再次进行分析，直至分析结果不满足目标条件，即当前对应栽培点的光斑面积大于或者等于目标植株面积的情况下，不再驱动电机工作，并统计数据处理模块发出第一控制指令的数量，根据第一控制指令的数量与第二周期的乘积表示电机的工作时长。

数据处理模块基于电机工作时间，换算出光补偿量，并基于光补偿量，生成第二控制指令。

具体地，数据处理模块根据统计出的电机工作时间，依据预先设定好的LED光输出与辐射面积（辐射距离不变）的换算关系（即光源参数函数，可预先利用积分球设备对指定LED光进行测量）得出光补偿量，并将该光补偿量封装成第二控制指令，利用无线通信技术发送至LED阵列，以在光斑面积不断扩大的情况下，由LED阵列协同补偿或增加的光输出量。

其中，对LED阵列通过第二控制指令调整光输出量的方式不作具体限定。

示例性地，数据处理模块根据电机工作时间，利用换算出的干扰电阻的目标阻值表征光补偿量，以使得LED阵列接收第二控制指令后，随着光斑面积的扩大，将内部的干扰电阻的阻值调小至对应目标阻值，进而提升LED阵列的发光亮度。反之，则调大阻值，减少LED阵列的发光亮度。

示例性地，数据处理模块根据电机工作时间，利用换算出的目标电流值表征光补偿量，以使得LED阵列接收第二控制指令后，随着光斑面积的扩大，将内部的电流调大至对应目标电流值，进而提升LED阵列的发光亮度。反之，则调小电流值，减少LED阵列的发光亮度。

本发明实施例在光斑调整结束后，基于电机工作时间，换算出光补偿量，并依此向LED阵列发送第二控制指令，以协同调整光照强度。能够定量提高植物对LED光源的光电利用效率，提高光源能效。

在上述任一实施例的基础上，基于电机工作时间，换算出光补偿量，包括：基于电机工作时间和第一转换关系，确定光斑扩大的直径。

需要说明的是，电机在每个第二周期下，以驱动光斑直径以固定的步长进行扩大或者缩小。而第一换算关系则是围绕该性质建立的，以表征电机在总工作时长的作用下，电机驱动光斑直径所改变的幅度。

具体地，数据处理模块根据电机工作时间和第一转换关系进行换算，将电机工作时间与光斑直径的调整步长的乘积，计算出调整光斑大小的过程中光斑所扩大的直径。

基于光斑扩大的直径和第二转换关系，确定占空比，并基于占空比，生成第二控制指令，以控制LED阵列的辐射强度进行调整。

需要说明的是，第二换算关系，是指光斑直径所改变的幅度与LED阵列的占空比的对应关系。

具体地，数据处理模块利用调整光斑大小的过程中光斑所扩大的直径，对照第二转换关系，获取对应的占空比，将该占空比封装成第二控制指令发送至LED阵列。

LED阵列接收到第二控制指令所指示的占空比后，调节LED阵列的通电时间相对于总时间所占的比例。以实现随着光斑面积的扩大，将占空比相应调大，进而提升LED阵列的发光亮度。反之，则调小占空比，减少LED阵列的发光亮度。

图5本发明提供的植物栽培的动态照明系统的供光效果示意图之一。图6本发明提供的植物栽培的动态照明系统的供光效果示意图之二。示例性地，以叶用莴苣（橡叶生菜）为示例，给出一种植物栽培的动态照明系统进行供光的具体实施方式：

如图5所示，将叶用莴苣幼苗定植于各栽培点后，调节好初始的光斑直径，使其匹配幼苗株辐。

由于橡叶生菜的快速生长期为定植后30天，将摄像头的第一周期设置为3天，即每3天进行一次目标图像的采集，并由数据处理模块依托已有的视觉和图像分析技术，从目标图像分析出生菜生长速度。当分析结果满足目标条件，即检测到有橡叶生菜植株组织在光斑外面时，说明植株长大，原有光斑无法覆盖整颗植株，则步进电机启动，在当前的第二周期（预先根据橡叶生菜的生长特点设置为1秒），电机齿轮带动传送带转动，使得外螺纹筒和内螺纹筒旋转，光圈外扩光斑直径变大5mm。

步进电机暂停工作，数据处理模块中的图像分析重新启动，若检测到仍有植株组织在光斑外面，则重复上述过程直至分析结果满足目标条件。如图6所示，当检测不到橡叶生菜有植株组织落入光斑外时，步进电机停止工作。

假设步进电机总计启动2秒，则根据第一换算关系推算出光圈外扩光斑直径变大10mm，若在原有光输出的基础上，栽培面的点光强变弱，继而，利用光斑直径的调整幅度与第二转换关系，换算出LED阵列的PWM占空比，PWM占空比调节幅度与步进电机工作时长（即光斑扩大的程度）成正比。

本发明实施例在光斑调整结束后，基于电机工作时间，换算出电机停止工作时光斑扩大的直径，并通过光斑扩大的直径和第二转换关系换算出占空比，并依此向LED阵列发送第二控制指令，以协同调整光照强度。能够定量提高光照强度调节的精度和准确性，进而，提高植物对LED光源的光电利用效率和光源能效。

图7示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图7所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)710、通信接口(Communications Interface)720、存储器(memory)730和通信总线740，其中，处理器710，通信接口720，存储器730通过通信总线740完成相互间的通信。处理器710可以调用存储器730中的逻辑指令，以执行植物栽培的动态照明系统的供光方法，该方法包括：控制摄像头在当前的第一周期内，采集目标图像；控制数据处理模块基于目标图像进行图像分析，在分析结果满足目标条件的情况下，生成第一控制指令；控制电机基于第一控制指令，在当前的第二周期内持续运转，以调整照明单元经调焦后所投射出的光斑面积；其中，目标图像包括各栽培点所种植的植物在光斑覆盖下的生长情况，第一周期是摄像头的工作周期，第二周期是电机的工作周期，第二周期与栽培点所种植的植物对应。

此外，上述的存储器730中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的植物栽培的动态照明系统的供光方法，该方法包括：控制摄像头在当前的第一周期内，采集目标图像；控制数据处理模块基于目标图像进行图像分析，在分析结果满足目标条件的情况下，生成第一控制指令；控制电机基于第一控制指令，在当前的第二周期内持续运转，以调整照明单元经调焦后所投射出的光斑面积；其中，目标图像包括各栽培点所种植的植物在光斑覆盖下的生长情况，第一周期是摄像头的工作周期，第二周期是电机的工作周期，第二周期与栽培点所种植的植物对应。

又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法提供的植物栽培的动态照明系统的供光方法，该方法包括：控制摄像头在当前的第一周期内，采集目标图像；控制数据处理模块基于目标图像进行图像分析，在分析结果满足目标条件的情况下，生成第一控制指令；控制电机基于第一控制指令，在当前的第二周期内持续运转，以调整照明单元经调焦后所投射出的光斑面积；其中，目标图像包括各栽培点所种植的植物在光斑覆盖下的生长情况，第一周期是摄像头的工作周期，第二周期是电机的工作周期，第二周期与栽培点所种植的植物对应。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以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；而这些修改或者替换，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)

1.一种植物栽培的动态照明系统，其特征在于，包括照明模组，以及电连接的摄像头、数据处理模块和电机；

所述照明模组包括多个由LED阵列和调焦筒构成的照明单元，所述电机通过传送带与所述调焦筒相连，以控制所述照明单元调整焦面；

所述摄像头，用于在当前的第一周期内，采集目标图像；

所述数据处理模块，用于基于所述目标图像进行图像分析，在分析结果满足目标条件的情况下，生成第一控制指令；

所述电机，用于基于所述第一控制指令，在当前的第二周期内以持续运转，以调整所述照明单元经调焦后所投射出的光斑面积；

其中，所述目标图像包括各栽培点所种植的植物在光斑覆盖下的生长情况，所述第一周期是所述摄像头的工作周期，所述第二周期是所述电机的工作周期，所述第二周期与所述植物的生长特征对应，每个所述照明单元对应一个栽培点。

2.根据权利要求1所述的植物栽培的动态照明系统，其特征在于，所述目标条件包括当前的第二周期对应的光斑面积小于目标植株面积；

其中，所述目标植株面积为所有栽培点的植株面积中的最小值。

3.根据权利要求2所述的植物栽培的动态照明系统，其特征在于，所述LED阵列与所述数据处理模块电连接；

所述数据处理模块，还用于在所述分析结果不满足所述目标条件的情况下，生成第二控制指令，以控制所述LED阵列的辐射强度调整至与当前的光斑面积相匹配。

4.根据权利要求1所述的植物栽培的动态照明系统，其特征在于，所述调焦筒包括外螺纹筒和内螺纹筒；所述电机的齿轮和所述外螺纹筒通过所述传送带相连，所述LED阵列封装于与所述内螺纹筒底部相连的基板表面。

5.基于如权利要求1至4任一所述的植物栽培的动态照明系统的供光方法，其特征在于，包括：

控制摄像头在当前的第一周期内，采集目标图像；

控制数据处理模块基于所述目标图像进行图像分析，在分析结果满足目标条件的情况下，生成第一控制指令；

控制电机基于所述第一控制指令，在当前的第二周期内持续运转，以调整所述照明单元经调焦后所投射出的光斑面积；

其中，所述目标图像包括各栽培点所种植的植物在光斑覆盖下的生长情况，所述第一周期是所述摄像头的工作周期，所述第二周期是所述电机的工作周期，所述第二周期与所述栽培点所种植的植物对应。

6.根据权利要求5所述的植物栽培的动态照明系统的供光方法，其特征在于，在所述数据处理模块基于所述目标图像进行图像分析之后，还包括：在所述分析结果不满足目标条件的情况下，控制所述数据处理模块生成第二控制指令，以控制LED阵列的辐射强度调整至与当前的光斑面积相匹配。

7.根据权利要求6所述的植物栽培的动态照明系统的供光方法，其特征在于，所述在所述分析结果不满足目标条件的情况下，生成第二控制指令，包括：

在所述分析结果不满足目标条件的情况下，控制所述数据处理模块统计所述电机的工作时长；

所述数据处理模块基于所述电机工作时间，换算出光补偿量，并基于所述光补偿量，生成所述第二控制指令。

8.根据权利要求7所述的植物栽培的动态照明系统的供光方法，其特征在于，所述基于所述电机工作时间，换算出光补偿量，包括：

基于所述电机工作时间和第一转换关系，确定光斑扩大的直径；

基于所述光斑扩大的直径和第二转换关系，确定占空比，并基于所述占空比，生成所述第二控制指令，以控制所述LED阵列的辐射强度进行调整。

9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求5至8任一项所述植物栽培的动态照明系统的供光方法。

10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述植物栽培的动态照明系统的供光方法。

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