CN220764745U - 一种基于高光谱和热成像检测植物病害的无人机装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及无人机监测技术领域，且公开了一种基于高光谱和热成像检测植物病害的无人机装置，包括无人机本体，无人机本体上端设置有光传感器、锂电池以及GPS定位器，无人机本体下端通过缓震机构一与安装板连接，安装板的底端设置有图像采集机构、热成像机构以及高光谱机构；缓震机构一包括阻尼器与弹性结构，无人机本体的底端通过若干阻尼器和若干弹性结构与安装板的顶端连接，安装板的底端设置有无人机支撑腿。因此，本实用新型采用上述结构的一种基于高光谱和热成像检测植物病害的无人机装置，能够解决上述无人机装置在降落时稳定性低的问题，并通过使用高光谱成像、热成像技术，获得更加精细的植物表观图片。
Description
技术领域
本实用新型涉及无人机监测技术领域，尤其是涉及一种基于高光谱和热成像检测植物病害的无人机装置。
背景技术
植物病害是影响全球农业植物健康的主要原因，根据作物的不同，可造成20％至30％的产量损失。全球农业越来越容易受到持续气候变化的影响，自1961年以来，人为气候变化已使全球农业全要素生产率降低了约21％。适应可变环境的植物表型可塑性分析对植物确保植物健康和提高植物生产力的能力起着至关重要的作用。
热成像和高光谱是常见的用于表型分析的工具。热成像技术是把热辐射转化为灰度值，再利用各物体的灰度值差异来成像，从而发现和识别目标，可用于研究与生长、产量以及对生物或非生物胁迫的适应有关的表型可塑性。高光谱成像技术是融合了成像学和光谱学的一门新兴技术。与传统成像相比，高光谱成像技术可以检测到单个对象不同空间位置上的独特光谱“特征”，因此可以检测到在视觉上无法区分的物质。与此同时，高光谱的波段较多，谱带较窄，因此可以通过更高的光谱分辨率准确地获得更复杂的指纹特征。目前多光谱成像和热成像技术广泛应用在包括农业、矿业、林业、科研及军事在内的相关领域。
在农业上，针对植物病害的检测是复杂的，现有的方法往往需要采样、提取、检测等步骤，且步骤之间缺乏连续性，这导致浪费了大量时间，从而错过了控制和治疗植物病害的最佳时间。通过基于高光谱和热成像检测植物病害的双光子无人机装置，可以对农田进行大范围的扫描，从而快速获得植物的表型图像，为后续的使用人工智能方法进行植物病害识别提供了高质量的图像数据。与传统病害检测手段相比大大增加了检测范围，极大的缩短了检测时间。现有技术中，专利CN202010554090.4公开了一种无人机影像采集系统，涉及无人机技术领域，包括：高光谱相机、红外热成像仪、可见光摄像机分别与采集控制装置连接，采集控制装置用于控制扫描伺服装置按照预设轨迹进行运动，并完成来自高光谱相机、红外热成像仪和可见光摄像机的影像数据的采集和处理；扫描伺服装置，包括水平推扫框架、水平旋转组件和俯仰旋转组件，水平推扫框架顶部与无人机底部可水平移动连接，水平旋转组件通过减震组件与水平推扫框架顶部连接，水平旋转组件的左右两侧分别对称连接有下悬臂，俯仰旋转组件对称连接在下悬臂上，高光谱相机、红外热成像仪和可见光摄像机所在外壳与俯仰旋转组件连接。
上述无人机影像采集系统虽然也具有减震组件，但是这种减震组件只是减弱了无人机飞行时飞行震动对高光谱相机、红外热成像仪和可见光摄像机的影响，无法对无人机的降落起到缓震效果，不能提升无人机降落时的稳定性。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种基于高光谱和热成像检测植物病害的无人机装置，解决上述无人机装置在降落时稳定性低的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种基于高光谱和热成像检测植物病害的无人机装置，包括无人机本体，无人机本体上端设置有用于光线校准的光传感器、用于供电的锂电池以及用于定位的GPS定位器，无人机本体下端通过缓震机构一与安装板连接，安装板的底端设置有用于高清彩色图像采集的图像采集机构、热成像机构以及用于获取空间光谱信息的高光谱机构，图像采集机构包括可见光相机，可见光相机通过缓震机构二与安装板底端的连接座一连接，热成像机构包括热成像仪，热成像仪通过缓震机构二与安装板底端的连接座二连接，高光谱机构包括高光谱相机，高光谱相机通过缓震机构二与安装板底端的连接座三连接；
缓震机构一包括阻尼器与弹性结构，无人机本体的底端通过若干阻尼器和若干弹性结构与安装板的顶端连接，安装板的底端设置有无人机支撑腿。
优选的，缓震机构二设置有三个，缓震机构二包括缓震盘，缓震盘的顶端通过连接杆分别与连接座一、连接座二、连接座三连接，缓震盘上套设有盘套，缓震盘与盘套滑动连接，盘套的底端设置有底板，底板分别与连接架一、连接架二、连接架三连接。
优选的，缓震盘的盘边通过若干缓震球与盘套的内侧边连接。
优选的，弹性结构包括滑动柱和连接套，滑动柱的顶端与无人机本体的底端连接，连接套的底端与安装板的顶端连接，滑动柱插设在连接套内并与连接套滑动连接。
优选的，滑动柱的底端通过弹簧与连接套连接，滑动柱上设置有滑块，连接套内设置有与滑块相适配的滑槽，滑块设置在滑槽内并与滑槽滑动连接。
优选的，连接架一与具有水平旋转、俯仰旋转功能的图像采集云台连接，连接架三与具有水平旋转、俯仰旋转功能的高光谱云台连接，连接架二的底端设置有固定座，热成像仪设置在固定座上。
优选的，图像采集云台包括水平旋转组件和俯仰旋转组件，连接架一通过水平旋转组件与俯仰旋转组件连接，俯仰旋转组件与可见光相机连接。
优选的，高光谱云台包括水平旋转组件和俯仰旋转组件，连接架三通过水平旋转组件与俯仰旋转组件连接，俯仰旋转组件与固定架连接，高光谱相机设置在固定架上。
因此，本实用新型采用上述结构的基于高光谱和热成像检测植物病害的无人机装置，具有以下有益效果：
(1)本装置通过弹性结构与阻尼器不仅能够降低无人机飞行时飞行震动无人机上加载装置的影响，而且能够使无人机更加稳定的降落，提升无人机的稳定性；通过缓震盘、缓震球、盘套能够进一步降低飞行震动无人机上加载的三个装置的影响，使无人机获得更佳的图像。
(2)本装置将高光谱相机和热成像仪加装到无人机上，能够以更低廉的成本获得更加精细化的图像细节，减少因环境变化而带来的噪点增加，同时借助于无人机的灵活性，更加便于进行田间拍摄；
(3)本装置采用热成像仪通过热幅度得到反馈信号，能够快速获得大面积热图，从而更好的进行定位和识别；高光谱相机通过探测目标的二维几何空间及一维光谱信息，获取高光谱分辨率的连续、窄波段的图像数据，用于植物表观拍摄时，获得更好的植物特征图片；本装置能够清晰地表现植物叶片的表观图像，呈现叶片在病害侵染时期的发病状况；
(4)本装置通过无人机搭载，增加了装置的机动性，增强了装置的迁移性，能够快速高效地获取样品的表观特征。
(5)本装置相关设计结构通用性强，能够通过装载不同的设备，获得多样性的功能。
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本实用新型一种基于高光谱和热成像检测植物病害的无人机装置实施例的整体结构示意图；
图2为本实用新型一种基于高光谱和热成像检测植物病害的无人机装置实施例的安装板俯视图；
图3为本实用新型一种基于高光谱和热成像检测植物病害的无人机装置实施例的弹性结构剖面图；
图4为本实用新型一种基于高光谱和热成像检测植物病害的无人机装置实施例的缓震机构二俯视图；
图5为本实用新型一种基于高光谱和热成像检测植物病害的无人机装置实施例的固定架俯视图。
附图标记
1、无人机本体；2、光传感器；3、锂电池；4、GPS定位器；5、可见光相机；6、高光谱相机；7、热成像仪；8、连接座一；9、连接座二；10、连接座三；11、安装板；12、阻尼器；13、弹性结构；14、无人机支撑腿；15、缓震盘；16、盘套；17、缓震球；18、连接架一；19、连接架二；20、连接架三；21、滑动柱；22、连接套；23、滑块；24、滑槽；25、弹簧；26、固定座；27、水平旋转组件；28、俯仰旋转组件；29、固定架。
具体实施方式
以下通过附图和实施例对本实用新型的技术方案作进一步说明。
除非另外定义，本实用新型使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本实用新型中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。术语“设置”、“安装”、“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。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
实施例
图1为本实用新型一种基于高光谱和热成像检测植物病害的无人机装置实施例的整体结构示意图；图2为本实用新型一种基于高光谱和热成像检测植物病害的无人机装置实施例的安装板俯视图；图3为本实用新型一种基于高光谱和热成像检测植物病害的无人机装置实施例的弹性结构剖面图；图4为本实用新型一种基于高光谱和热成像检测植物病害的无人机装置实施例的缓震机构二俯视图；图5为本实用新型一种基于高光谱和热成像检测植物病害的无人机装置实施例的固定架俯视图。
如图所示，本实用新型所述的一种基于高光谱和热成像检测植物病害的无人机装置，包括无人机本体1，无人机本体1上端设置有用于光线校准的光传感器2、用于供电的锂电池3以及用于定位的GPS定位器4。无人机本体1下端通过缓震机构一与安装板11连接。安装板11的底端设置有用于高清彩色图像采集的图像采集机构、热成像机构以及用于获取空间光谱信息的高光谱机构。
光传感器2，固定于无人机上方，用于光线校准。锂电池3，固定于无人机上方，光传感器2旁边，锂电池3能够为无人机提供稳定的续航能力。GPS定位器4，固定于无人机上方，锂电池3旁边，用于无人机定位。
缓震机构一包括阻尼器12与弹性结构13，无人机本体1的底端通过若干阻尼器12和若干弹性结构13与安装板11的顶端连接。安装板11的底端设置有无人机支撑腿14。本实施例中弹性结构13有四个，阻尼器12有六个。弹性结构13包括滑动柱21和连接套22，滑动柱21的顶端与无人机本体1的底端连接。连接套22的底端与安装板11的顶端连接，滑动柱21插设在连接套22内并与连接套22滑动连接。滑动柱21的底端通过弹簧25与连接套22连接，滑动柱21上设置有滑块23，连接套22内设置有与滑块23相适配的滑槽24，滑块23设置在滑槽24内并与滑槽24滑动连接。无人机飞行或者降落时，弹性结构13中滑动柱21会通过弹簧25在连接套22内滑动。本装置通过弹性结构13与阻尼器12不仅能够降低无人机飞行时飞行震动无人机上加载装置的影响，而且能够使无人机更加稳定的降落。
缓震机构二设置有三个，缓震机构二包括缓震盘15，缓震盘15的顶端通过连接杆分别与连接座一8、连接座二9、连接座三10连接。缓震盘15上套设有盘套16，缓震盘15与盘套16滑动连接。盘套16的底端设置有底板，底板分别与连接架一18、连接架二19、连接架三20连接。缓震盘15的盘边通过若干缓震球17与盘套16的内侧边连接。本装置通过缓震盘15、缓震球17、盘套16能够进一步降低飞行震动无人机上加载的三个装置的影响，使无人机获得更佳的图像。缓震球17为橡胶实心球，缓震球17能够用于缓解飞行过程中的震动，进一步减少震动效果。
图像采集机构包括可见光相机5，可见光相机5通过缓震机构二与安装板11底端的连接座一8连接。连接架一18与具有水平旋转、俯仰旋转功能的图像采集云台连接。图像采集云台包括水平旋转组件27和俯仰旋转组件28，连接架一18通过水平旋转组件27与俯仰旋转组件28连接，俯仰旋转组件28与可见光相机5连接。可见光相机5能够进行高清彩色图像采集。图像采集云台具有水平旋转组件27和俯仰旋转组件28，通过图像采集云台内置的伺服驱动装置，可实现可见光相机5的拍摄视角的转变。图像采集云台采用现有的结构。
热成像机构包括热成像仪7，热成像仪7通过缓震机构二与安装板11底端的连接座二9连接。连接架二19的底端设置有固定座26，热成像仪7设置在固定座26上。热成像仪7，内置热数据录制功能、操作简便的电源输入/视频输出接口，接口为10针mini-USB连接器、通过PWM输入控制两项可选择的热像仪功能，设置有图像调色板，具有录制启动/停止、静态图像采集或电子变焦设置功能，用于拍摄热图。
高光谱机构包括高光谱相机6，高光谱相机6通过缓震机构二与安装板11底端的连接座三10连接。连接架三20与具有水平旋转、俯仰旋转功能的高光谱云台连接。高光谱云台包括水平旋转组件27和俯仰旋转组件28，连接架三20通过水平旋转组件27与俯仰旋转组件28连接，俯仰旋转组件28与固定架29连接，高光谱相机6设置在固定架29上。高光谱相机6，用于快速得到高精度的空间光谱信息，以便于分析植物表观信息，高光谱相机6通过高光谱云台固定，高光谱云台具有水平旋转组件27和俯仰旋转组件28，通过内置的伺服驱动装置，实现高光谱相机6的拍摄角度的转变。高光谱云台采用现有的结构。
本装置是将原有的热成像仪7和高光谱相机6装载到无人机上，从而使得成像装置的使用范围更大，使用更灵活。与此同时，额外配上了相应的缓震机构一、缓震机构二，以减少震动带来的影响和损坏。本装置是将原有的成像设备加装到无人机上，从而更便于人们在田间进行采样，实现植物病害的快速检测。这在增加设备实用性的同时极大程度上降低了设备的成本，组装的设备也能获得较好的植物表观图像。
因此，本实用新型采用上述结构的基于高光谱和热成像检测植物病害的无人机装置，通过使用高光谱成像、热成像技术，可以极大的减少环境对拍摄的影响，从而获得更加精细的植物表观图片，以此后续的图像处理和病害识别提供基础；并且通过通过弹性结构与阻尼器不仅能够降低无人机飞行时飞行震动无人机上加载装置的影响，而且能够使无人机更加稳定的降落，提升无人机的稳定性；通过缓震盘、缓震球、盘套能够进一步降低飞行震动无人机上加载的三个装置的影响，使无人机获得更佳的图像。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳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：其依然可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本实用新型技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种基于高光谱和热成像检测植物病害的无人机装置，其特征在于：包括无人机本体，无人机本体上端设置有用于光线校准的光传感器、用于供电的锂电池以及用于定位的GPS定位器，无人机本体下端通过缓震机构一与安装板连接，安装板的底端设置有用于高清彩色图像采集的图像采集机构、热成像机构以及用于获取空间光谱信息的高光谱机构，图像采集机构包括可见光相机，可见光相机通过缓震机构二与安装板底端的连接座一连接，热成像机构包括热成像仪，热成像仪通过缓震机构二与安装板底端的连接座二连接，高光谱机构包括高光谱相机，高光谱相机通过缓震机构二与安装板底端的连接座三连接；
缓震机构一包括阻尼器与弹性结构，无人机本体的底端通过若干阻尼器和若干弹性结构与安装板的顶端连接，安装板的底端设置有无人机支撑腿。
2.根据权利要求1所述的基于高光谱和热成像检测植物病害的无人机装置，其特征在于：缓震机构二设置有三个，缓震机构二包括缓震盘，缓震盘的顶端通过连接杆分别与连接座一、连接座二、连接座三连接，缓震盘上套设有盘套，缓震盘与盘套滑动连接，盘套的底端设置有底板，底板分别与连接架一、连接架二、连接架三连接。
3.根据权利要求2所述的基于高光谱和热成像检测植物病害的无人机装置，其特征在于：缓震盘的盘边通过若干缓震球与盘套的内侧边连接。
4.根据权利要求1所述的基于高光谱和热成像检测植物病害的无人机装置，其特征在于：弹性结构包括滑动柱和连接套，滑动柱的顶端与无人机本体的底端连接，连接套的底端与安装板的顶端连接，滑动柱插设在连接套内并与连接套滑动连接。
5.根据权利要求4所述的基于高光谱和热成像检测植物病害的无人机装置，其特征在于：滑动柱的底端通过弹簧与连接套连接，滑动柱上设置有滑块，连接套内设置有与滑块相适配的滑槽，滑块设置在滑槽内并与滑槽滑动连接。
6.根据权利要求2所述的基于高光谱和热成像检测植物病害的无人机装置，其特征在于：连接架一与具有水平旋转、俯仰旋转功能的图像采集云台连接，连接架三与具有水平旋转、俯仰旋转功能的高光谱云台连接，连接架二的底端设置有固定座，热成像仪设置在固定座上。
7.根据权利要求6所述的基于高光谱和热成像检测植物病害的无人机装置，其特征在于：图像采集云台包括水平旋转组件和俯仰旋转组件，连接架一通过水平旋转组件与俯仰旋转组件连接，俯仰旋转组件与可见光相机连接。
8.根据权利要求6所述的基于高光谱和热成像检测植物病害的无人机装置，其特征在于：高光谱云台包括水平旋转组件和俯仰旋转组件，连接架三通过水平旋转组件与俯仰旋转组件连接，俯仰旋转组件与固定架连接，高光谱相机设置在固定架上。
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