[发明专利]使用辐照器和相机和/或传感器进行受控环境园艺的多感官成像方法和设备

说明书

一种多光谱成像设备包含辐照源，所述辐照源具有从紫外(UV)区域到短波红外(SWIR)区域的第一波长范围内的多个窄带辐照器。第一相机在第一视场中和所述第一波长范围内获取UV‑SWIR影像。第二相机在所述第一视场中和长波红外(LWIR)区域中获取LWIR影像。所述第二相机连续地获取所述LWIR影像，而所述第一相机和所述辐照源被周期性地激活以获取所述UV‑SWIR影像。

相关申请交叉引用

本申请要求2019年12月10日提交的标题为“使用照明器和相机和/或传感器进行受控环境园艺的多光谱成像方法和设备(MULTISPECTRAL IMAGING METHODS ANDAPPARATUS FOR CONTROLLED ENVIRONMENT HORTICULTURE USING ILLUMINATORS ANDCAMERAS AND/OR SENSORS)”的第62/946,407号美国临时申请的优先权，所述美国临时申请以全文引用的方式并入本文中。

背景技术

农民们越来越多地使用户外作物的农业成像来提高作物产量。常规的农业成像技术可以使检查室外作物更加容易，提高作物监测的精确度，并尽早检测到作物问题，例如某些营养缺乏、虫害和疾病。卫星、飞机或无人机(UAV)用于捕获作物的高光谱或多光谱空中图像。可以使用植被指数(VI)来处理这些空中图像以确定某些作物特征。

VI是两个或更多个光谱反射率测量带的光谱变换，利用不同光谱带中植被的光反射率差异。VI可有助于指示植被的量，区分土壤与植被，或减少植被图像中的大气和地形影响。VI可以与各种作物特性相关，所述作物特性例如叶面积指数(LAI)、绿化覆盖率、叶绿素含量、绿色生物量和吸收光合有效辐射(APAR)。归一化差值植被指数(NDVI)是一种常见的VI，其对可见红光和近红外(NIR)光谱反射带进行比较。其它常见的VI包含光化学反射率指数(PRI)、差值植被指数(DVI)、比值植被指数(RVI)和作物水分胁迫指数(CWSI)。基于一个或多个VI生成和/或处理的图像可以在肉眼可见变化之前几周示出作物的变化。来自图像的这些了解可以用于提高资源使用效率；保护作物免受某些病虫害和水分胁迫；以及提高作物产量。

在常规的农业成像技术中，多个参数会影响作物图像的功效和效用；此类参数的实例包含像素分辨率(像素的大小)、图像带宽(正成像的波长的光谱范围)、辐射测量分辨率(每个像素的相对辐射反射率值的范围)和位置准确性。所有这些参数都会影响图像对于作物监测的有用性。特别地，提供足够的成像分辨率和精度的农业成像设备通常会增加农民的成本。在一些情况下，对于特定农民，有效农业成像的成本可能会抵消因产量提高而增加的任何利润，使得一些农民无法获得此类成像的潜在农业优势。

受控环境园艺(CEH)(更一般地称为受控环境农业或CEA)是植物在受控环境中生长的过程，其中各种环境参数被监测和调整以提高所生长植物的质量和产量。与常规的植物培育方法相比，CEH可以实现植物的全年生产、对变化的天气条件不敏感、减少病虫害以及减少每株植物消耗的资源数量。受控园艺环境通常至少部分地由例如温室、生长室或田地的一部分的覆盖区域等建筑结构封闭，以便对环境条件提供一定程度的控制。可以在CEH中部署额外的控制系统以调整各种环境参数，包含照明、温度、湿度、营养水平和二氧化碳(CO2)浓度。例如，在这种受控园艺环境中，常常使用一个或多个人工照明系统来补充和/或替代可能被建筑结构遮挡或在一年中的某些时间段(例如，冬季)不足的自然光。