CN217904495U - 一种集成可见光与近红外双摄像头的植被长势监测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种集成可见光与近红外双摄像头的植被长势监测装置，其包括：监测杆，其一端植入被监测区域的地面，另一端供组合摄像头安装，使组合摄像头位于高位；所述组合摄像头集成有可见光监测摄像头和近红外摄像头；监测杆上还设有太阳能电池组件，太阳能电池组件吸收太阳光能量并转化成电能；数据采集及传输箱，设在监测杆的中段靠下的位置，其采集所述可见光监测摄像头所拍摄的监测区域植被的RGB图像、所述近红外摄像头所拍摄的监测区域植被的近红外波段图像，并将采集的这些数据传输给上位机。本实用新型装置设备成本低、易于搭建、取代了现有价格昂贵的多光谱监测设备。
Description
技术领域
本实用新型涉及植物生长信息监测技术领域，尤其涉及一种集成可见光与近红外双摄像头的植被长势监测装置。
背景技术
监测和研究植被的时空动态变化具有重要的科学和应用价值，特别是对作物的长势和趋势变化的监测，可为田间管理、产量评估等提供重要依据。目前常用的植被监测手段包括基于物联网技术的红绿蓝(RGB)摄像头拍照监测。常规红绿蓝(RGB)摄像头拍照监测装置只能获得作物的常规可见光图像，需要通过人工判读图像进行作物长势的识别，过于经验化和定性化，监测结果受人为因素干扰较大。
利用多光谱仪的地面监测方法可以通过波段运算获得归一化植被指数(NDVI)图像。由于健康的植被(叶绿素)反射更多的近红外(NIR)光，但是它吸收更多的红色光。归一化植被指数(NDVI)通过测量近红外(植被强烈反射)和红光(植被吸收)之间的差异来量化植被长势信息。此参数数值介于-1和+1之间。如果红色通道的反射率较低(或较低的值)，而NIR通道的反射率较高，则将产生较高的NDVI值。反之亦然。NDVI是衡量植被健康的标准化方法，当具有较高的NDVI值时，表示植被更为健康。当NDVI较低时，植被较差或没有植被。在林业中使用NDVI来量化森林供应和叶面积指数。此外，NDVI也是干旱的良好指标，当水分限制植被生长时，其相对NDVI数值则表现为较低。
NDVI是目前监测植被生长状态和植被覆盖度的最佳光谱指数，但多光谱仪设备价格昂贵，普及性和推广性较差，且需要人工操作来采集数据，费时费力、不能做到实时监测。
实用新型内容
(一)要解决的技术问题
鉴于现有技术的不足，本实用新型提供一种集成可见光与近红外双摄像头的植被长势监测装置，解决了现有多光谱仪设备价格昂贵，普及性和推广性较差，且需要人工操作来采集数据，费时费力、不能做到实时监测等技术问题。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本实用新型提供一种集成可见光与近红外双摄像头的植被长势监测装置，其包括：
监测杆，其一端植入被监测区域的地面，另一端供组合摄像头安装，使所述组合摄像头位于高位；
所述组合摄像头集成有可见光监测摄像头和近红外摄像头；
所述监测杆上还设有太阳能电池组件，所述太阳能电池组件吸收太阳光能量并转化成电能；
数据采集及传输箱，设在监测杆的中段靠下的位置，其采集所述可见光监测摄像头所拍摄的监测区域植被的RGB图像、所述近红外摄像头所拍摄的监测区域植被的近红外波段图像，并将采集的这些数据传输给上位机。
根据本实用新型的较佳实施例，所述太阳能电池组件包括太阳能电池板，所述太阳能电池板通过可转动支架设于监测杆上，所述可转动支架能够调整所述太阳能电池板的朝向及角度。
根据本实用新型的较佳实施例，所述可见光监测摄像头和近红外摄像头的有效像素为1920*1080。
根据本实用新型的较佳实施例，所述数据采集及传输箱包括一个箱体，所述箱体内容置有充电电池、电源管理模块、数据采集及处理模块、通讯天线；所述充电电池与所述太阳能电池组件电连接，用于储存电能；所述数据采集及处理模块与所述通讯天线连接，所述通讯天线与上位机无线通讯连接；所述箱体为金属壳且外部设有防腐防水漆层。
根据本实用新型的较佳实施例，所述装置还包括图像校正参照卡，安装在被监测区域的地面能被所述组合摄像头拍摄到的位置，所述图像校正参照卡为十八度标准灰卡；所述数据采集及传输箱采集所述可见光监测摄像头拍摄的十八度标准灰卡的RGB图像、所述近红外摄像头拍摄的十八度标准灰卡的近红外波段图像，并将传输给上位机。
根据本实用新型的较佳实施例，所述十八度标准灰卡的表面与所述可见光监测摄像头和近红外摄像头的摄像头镜面平行。
根据本实用新型的较佳实施例，所述组合摄像头以可转动支架安装在所述监测杆上；所述十八度标准灰卡以可转动支架安装在地面上；驱动所述组合摄像头的可转动支架的电机与驱动所述十八度标准灰卡的可转动支架的电机为联动控制。
(三)有益效果
本实用新型在常规基于物联网红绿蓝(RGB)摄像头的基础上再集成一个近红外(NIR)摄像头组成组合摄像头，使用组合摄像头拍摄的监测区域植被的RGB图像、被监测区域植被的近红外波段图像；利用近红外和可见光图像中的红光波段(R)反射率计算获得NDVI，即NDVI＝(NIR-R)/(NIR+R)。整个装置利用太阳能电池组件提供电能，无需设置地埋地缆线，减少地埋电缆的工程施工及材料成本，不影响庄稼或植被种植和翻耕。本实用新型装置设备成本低、易于搭建、取代了现有价格昂贵的多光谱监测设备。
为了剔除监测现场背景光线变化的影响，本实用新型还增加了一个图像校正参照卡，利用十八度标准灰卡对拍摄到的RGB图像及近红外图像各波段的反射率进行校正，最后利用近红外和可见光图像中的红光波段(R)反射率的校正值计算获得NDVI，从而使不同时期计算获得的NDVI数值具有一致性和可比性。
附图说明
图1为本实用新型的植被长势监测装置的示意图。
图2为本实用新型的植被长势监测装置的组合摄像头的示意图。
具体实施方式
为了更好的解释本实用新型，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本实用新型作详细描述。
如图1所示，为本实用新型较佳实施例的一种集成可见光与近红外双摄像头的植被长势监测装置的示意图。如图所示，所述装置包括监测杆3、监测杆3下端固定到监测植被区域的土壤中。在监测杆3的上端安装有组合摄像头20，使组合摄像头20位于高位。组合摄像头20包括可见光监测摄像头21和近红外摄像头22。在监测区域地面上通过支架安装十八度标准灰卡1，该十八度标准灰卡1的表面与可见光监测摄像头21和近红外摄像头22的镜面平行，以便监测摄像头21和近红外摄像头22能正射拍到灰卡。所述装置还包括数据采集及传输箱40用于采集组合摄像头20所拍摄的监测区域的RGB图像和近红外波段图像，并将采集的数据传输给远程监测计算机。
其中，可见光监测摄像头21的分辨率为200万，有效像素为1920*1080；近红外摄像头22的光谱响应范围是0.9um-1.7um，图像分辨率同样为200万，有效像素为1920*1080。十八度标准灰卡1为PVC材质，该十八度标准灰卡1用于校正组合摄像头20获取的RGB图像及近红外图像。
其中，监测杆3上还设有太阳能电池组件5，用于吸收太阳光能量并转化成电能，为组合摄像头20及数据采集及传输箱40供电。太阳能电池组件5包括太阳能电池板，太阳能电池板通过可转动支架设于监测杆3上，可转动支架能够调整太阳能电池板的朝向及角度。
其中，数据采集及传输箱40设在监测杆的中段靠下的位置，可以防止数据采集及传输箱40遭到人为或牲畜的破坏。数据采集及传输箱40包括充电电池41、电源管理模块42、数据采集及处理模块43、通讯天线44。充电电池41与太阳能电池组件5连接，用于储存电能；充电电池41给数据采集及处理模块43、通讯天线44、组合摄像头20等提供工作电能。数据采集及处理模块43通过通讯天线44将采集的数据传输给远程监测计算机。数据采集及处理模块43与组合摄像头20通讯连接。数据采集及传输箱40中的各模块除通讯天线44伸出到箱体外部之外，其余部分都均封装一个箱体中，箱体为金属壳且外部设有防腐防水漆层。数据采集及传输箱40采集可见光监测摄像头21所拍摄的监测区域植被的RGB图像、近红外摄像头22所拍摄的监测区域植被的近红外波段图像，并将采集的这些数据传输给远程计算机。
十八度标准灰卡1安装在被监测区域的地面能被组合摄像头20拍摄到的位置。数据采集及传输箱40采集可见光监测摄像头21拍摄的十八度标准灰卡1的RGB图像、近红外摄像头22拍摄的十八度标准灰卡1的近红外波段图像，并将传输给上位机。十八度标准灰卡1的表面与可见光监测摄像头21和近红外摄像头22的摄像头镜面平行。
优选地，组合摄像头20以可转动支架安装在监测杆3上；十八度标准灰卡1以可转动支架安装在地面上。其中，驱动组合摄像头20的可转动支架的电机与驱动十八度标准灰卡1的可转动支架的电机为联动控制，使十八度标准灰卡1的表面与可见光监测摄像头21和近红外摄像头22的摄像头镜面始终是平行的。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，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，或者对其中部分或者全部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实用新型各实施例技术方案的范围。
Claims (7)
1.一种集成可见光与近红外双摄像头的植被长势监测装置，其特征在于，其包括：
监测杆，其一端植入被监测区域的地面，另一端供组合摄像头安装，使所述组合摄像头位于高位；
所述组合摄像头集成有可见光监测摄像头和近红外摄像头；
所述监测杆上还设有太阳能电池组件，所述太阳能电池组件吸收太阳光能量并转化成电能；
数据采集及传输箱，设在监测杆的中段靠下的位置，其采集所述可见光监测摄像头所拍摄的监测区域植被的RGB图像、所述近红外摄像头所拍摄的监测区域植被的近红外波段图像，并将采集的这些数据传输给上位机。
2.根据权利要求1所述的植被长势监测装置，其特征在于，所述太阳能电池组件包括太阳能电池板，所述太阳能电池板通过可转动支架设于监测杆上，所述可转动支架能够调整所述太阳能电池板的朝向及角度。
3.根据权利要求1所述的植被长势监测装置，其特征在于，所述可见光监测摄像头和近红外摄像头的有效像素为1920*1080。
4.根据权利要求1所述的植被长势监测装置，其特征在于，所述数据采集及传输箱包括一个箱体，所述箱体内容置有充电电池、电源管理模块、数据采集及处理模块、通讯天线；所述充电电池与所述太阳能电池组件电连接，用于储存电能；所述数据采集及处理模块与所述通讯天线连接，所述通讯天线与上位机无线通讯连接；所述箱体为金属壳且外部设有防腐防水漆层。
5.根据权利要求1所述的植被长势监测装置，其特征在于，所述装置还包括图像校正参照卡，安装在被监测区域的地面能被所述组合摄像头拍摄到的位置，所述图像校正参照卡为十八度标准灰卡；所述数据采集及传输箱采集所述可见光监测摄像头拍摄的十八度标准灰卡的RGB图像、所述近红外摄像头拍摄的十八度标准灰卡的近红外波段图像，并将传输给上位机。
6.根据权利要求5所述的植被长势监测装置，其特征在于，所述十八度标准灰卡的表面与所述可见光监测摄像头和近红外摄像头的摄像头镜面平行。
7.根据权利要求6所述的植被长势监测装置，其特征在于，所述组合摄像头以可转动支架安装在所述监测杆上；所述十八度标准灰卡以可转动支架安装在地面上；驱动所述组合摄像头的可转动支架的电机与驱动所述十八度标准灰卡的可转动支架的电机为联动控制。
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