便攜式智能多光譜成像檢測裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及多光譜成像檢測領域，具體涉及一種能在野外條件下和室內(nèi)條件均能便攜地對植物進行多光譜成像檢測的方法及系統(tǒng)裝置。
【背景技術】
[0002]多光譜成像技術是當前圖像處理及獲取的前沿技術。由于能夠獲得同一物體多個光譜通道的圖像，并利用多個通道的圖像數(shù)據(jù)組成多光譜圖像數(shù)據(jù)，為圖像處理提供更多的信息量，在遙感、環(huán)境監(jiān)測、食品安全、生物醫(yī)療、顏色信息處理等當面的應用。
[0003]目前，按照分光方式的不同，多光譜成像技術主要有色散型、干涉型和濾光片型等，色散型多光譜成像技術以棱鏡或光柵作為色散元件，將通過狹縫的入射光按波長分散開來，再由成像系統(tǒng)將狹縫按波長成像在探測器的不同位置上；干涉型以干涉儀作為色散元件，利用雙光束干涉原理獲得入射狹縫的干涉圖，然后通過傅立葉變換從干涉圖中復原出狹縫的光譜。色散型和干涉型多光譜成像技術都是通過推掃或擺掃的方式獲得二維目標的三維光譜圖像信息，對平臺的穩(wěn)定性要求很高，且在同一次曝光中獲得所有譜段光譜信息。采用濾光片的多光譜成像系統(tǒng)是在照相系統(tǒng)光路中加入濾光片，主要采用兩種方式:第一種是將多個相同的相機放置在一起，鏡頭前分別放置不同波長的濾光片，這種方式能并行獲取多個波長圖像，但是給圖像配準帶來困難，且體積龐大；第二種方式是將不同種濾光片安裝在一個轉輪上，通過轉輪切換濾光片，例如申請公布號為CN 103308466 A的專利文獻公開了一種便攜式濾光片色輪型多光譜成像系統(tǒng)及其光譜圖像處理方法，包括成像儀鏡頭、濾光片色輪、步進電機、濾光片組、黑白圖像傳感器CCD、控制模塊及光譜圖像處理分析模塊；控制模塊的信號傳輸端口分別與步進電機、黑白圖像傳感器CCD及光譜圖像處理分析模塊的信號傳輸端口相接。傳統(tǒng)的濾光片設置在一個濾光片色輪上，當設置多個濾光片式，傳統(tǒng)的單個濾光片色輪的結構龐大，且對系統(tǒng)結構穩(wěn)定性要求高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種便攜式智能多光譜成像檢測裝置，該裝置體積小、重量輕、功耗小。
[0005]本發(fā)明同時提供了一種多光譜成像檢測方法，該方法能夠快速實現(xiàn)對多種植物檢測結果分析，實現(xiàn)對不同特征的多光譜特征的自能識別。
[0006]—種便攜式智能多光譜成像檢測裝置，包括濾光單元、攝像單元、以及用于接收攝像單元圖像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，所述濾光單元包括若干同軸且可獨立轉動的濾光片轉盤，每個濾光片轉盤上設有若干安裝有濾光片的安裝孔和至少一個避讓孔，安裝孔、避讓孔和攝像單元的鏡頭的中心軸距離濾光片轉盤中心軸的距離相等。
[0007]攝像單元一般包括相機以及鏡頭等部件，實現(xiàn)對圖像的采集，所述相機一般為CCD工業(yè)相機。
[0008]作為優(yōu)選，所有的濾光片的直徑D必須比攝像單元的鏡頭的直徑d大，不能遮住進入攝像單元的鏡頭的光線；每一個濾光片的透過光波帶寬均在Inm-1Onm之間，具體數(shù)值根據(jù)測量要求可更換。使用時，保證非轉動的濾光片轉盤都是空白的圓孔與攝像單元的鏡頭同軸相對，即攝像單元的鏡頭前面只有當前濾光片轉盤上的一個濾光片。
[0009]作為優(yōu)選，還包括照明模塊，所述照明模塊與濾光單元可拆卸連接。在自然光滿足要求時，可將照明模塊拆卸，進一步降低整機體積，提高實用性。
[0010]作為優(yōu)選，所述照明模塊為立方體結構；所述立方體結構頂面與攝像單元的鏡頭對正設置，該側內(nèi)壁設有LED陣列；所述立方體結構與LED陣列相對的一側設有標準漫反射白板；所述立方體結構的其他四個側壁內(nèi)壁為反射鏡。
[0011]作為優(yōu)選，所述LED陣列為軸對稱和中心對稱分布。為標準漫反射白板提供均勻的光照。
[0012]作為優(yōu)選，還包括與數(shù)據(jù)收發(fā)模塊進行信息傳輸?shù)囊苿咏K端以及與移動終端實現(xiàn)通訊的遠程云共享服務器。所述移動終端可選擇手機等。
[0013]作為優(yōu)選，所述數(shù)據(jù)收發(fā)模塊上集成有藍牙收發(fā)模塊、wifi收發(fā)模塊和zigbee收發(fā)模塊。進一步提高整個檢測裝置的智能化。
[0014]本發(fā)明還提供了幾種進行多光譜成像檢測方法，分別為:
[0015]—種利用上述便攜式智能多光譜成像檢測裝置進行多光譜成像檢測方法，包括:
[0016](I)利用標準漫反射白板，進行標準反射率標定；
[0017](2)將葉片夾持在標準漫反射白板上，對準攝像單元的鏡頭；
[0018](3)轉動其中一個濾光片轉盤，使該濾光片轉盤上的某一濾光片與攝像單元的鏡頭同軸，且其他濾光片轉盤的避讓孔與攝像單元的鏡頭同軸，獲取該濾光片透射波段的光譜圖；依次轉動濾光片轉盤，完成對所有濾光片透射波段的光譜圖。
[0019]上述技術方案適于自然光滿足檢測要求的場合，對于自然光偏暗的場合，優(yōu)選的技術方案如下:
[0020]一種利用上述便攜式智能多光譜成像檢測裝置進行多光譜成像檢測方法，包括:
[0021](I)打開照明模塊，利用標準漫反射白板，進行標準反射率標定；
[0022](2)將葉片夾持在標準漫反射白板上，對準攝像單元的鏡頭；
[0023](3)轉動其中一個濾光片轉盤，使該濾光片轉盤上的某一濾光片與攝像單元的鏡頭同軸，且其他濾光片轉盤的避讓孔與攝像單元的鏡頭同軸，獲取該濾光片透射波段的光譜圖；依次轉動濾光片轉盤，完成對所有濾光片透射波段的光譜圖。
[0024]為進一步實現(xiàn)全自動檢測，作為優(yōu)選的技術方案為:
[0025]—種利用上述便攜式智能多光譜成像檢測裝置進行多光譜成像檢測方法，包括:
[0026](I)利用移動終端打開照明模塊，利用標準漫反射白板，進行標準反射率標定；
[0027](2)將葉片夾持在標準漫反射白板上，對準攝像單元的鏡頭；
[0028](3)轉動其中一個濾光片轉盤，使該濾光片轉盤上的某一濾光片與攝像單元的鏡頭同軸，且其他濾光片轉盤的避讓孔與攝像單元的鏡頭同軸，獲取該濾光片透射波段的光譜圖；依次轉動濾光片轉盤，完成對所有濾光片透射波段的光譜圖；
[0029](4)通過數(shù)據(jù)收發(fā)模塊將光譜圖至移動終端，通過移動終端將光譜圖發(fā)送到遠程云共享服務器，遠程云共享服務器將接收的光譜圖與系統(tǒng)預存的數(shù)據(jù)庫對比，判斷被測植物的生理狀態(tài)。
[0030]作為優(yōu)選，所述移動終端同時將當前的光譜圖和生理狀態(tài)信息存入遠程云共享服務器中。完成對數(shù)據(jù)的自學習。
[0031]本發(fā)明的目的是為了實現(xiàn)多光譜測量裝置體積小、重量輕、功耗小，并且實現(xiàn)對多種植物檢測結果進行訓練、分析，實現(xiàn)對不同特征的多光譜特征的智能識別。
[0032]本發(fā)明中，所述鏡頭一般為變焦距鏡頭，所述變焦距鏡頭為含有多項式非球面透鏡組成的畸變較小的連續(xù)變焦鏡頭。優(yōu)選的變焦距鏡頭為1.5mm至30mm變焦鏡頭，鏡頭為F=L 4，含有多個非球面鏡片。
[0033]所述的遠程云共享服務器包含了多種植物的各種生理狀態(tài)的數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫可采用直接將現(xiàn)有數(shù)據(jù)輸入，也可通過系統(tǒng)機器學習自行得到。從而實現(xiàn)對多種植物檢測結果進行訓練、分析，實現(xiàn)對不同特征的多光譜特征的自能識別。
[0034]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點是:
[0035]本發(fā)明的便攜式智能多光譜成像檢測裝置，以高度集成化的濾光片轉盤和集成化的變焦距攝像方式，實現(xiàn)了裝置的便攜化、小型化；以白光LED作為主動照明光源，實現(xiàn)了光譜儀的低功耗化；脫離了傳統(tǒng)的筆記本，以移動終端的通訊方式獲取高光譜圖像，并利用遠程云共享服務器分析、處理高光譜的數(shù)據(jù)。
【附圖說明】
[0036]圖1是本發(fā)明的便攜式智能多光譜成像檢測裝置的結構組成示意圖；
[0037]圖2是圖1中的照明模塊的組成示意圖；
[0038]圖3是圖2中照明模塊中LED的排布示意圖；
[0039]圖4是圖1中濾光片轉盤陣列與變焦距鏡頭、CXD工業(yè)相機的布置示意圖；
[0040]圖5是圖4中濾光片轉盤的示意圖；
[0041]圖6是野外自然光條件下的多光譜測量示意圖；
[0042]圖7是智能終端與多光譜數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、遠程云共享服務器無線通信的示意圖。
[0043]上述附圖中:
[0044]1-均勻照明模塊；101_白板；2_數(shù)據(jù)收發(fā)模塊；3_濾光片轉盤陣列；301_濾光片轉盤；31_圓孔；32_圓孔；33_圓孔；