[发明专利]一种设施作物生长信息无损检测装置和方法

权利要求书

1. 一种设施作物生长信息无损检测装置，其特征在于包括电控机械摇臂、生长信息传感系统和控制计算机三个部分，其中生长信息传感系统和控制计算机安装在电控机械摇臂上；

其中电控机械摇臂包括三脚架、垂直升降杆、水平移动杆、电控云台A和电控云台B；其中三脚架安装在电控机械摇臂的底部，其底端安装有三个万向轮，三脚架上端中心有固定内螺纹孔，下端中心有轴套，套接安装垂直升降杆；垂直升降杆为丝杠结构，其顶端通过十字连接件连接水平移动杆；水平移动杆为丝杠结构，位于垂直升降杆的顶端和电控机械摇臂的最上方；所述电控云台A通过内螺纹滑块安装在水平移动杆的丝杠上，电控云台B通过内螺纹滑块安装在垂直升降杆的丝杆上；

其中生长信息传感系统包括多传感器单元、数据采集卡和光源，多传感器单元安装在电控机械摇臂的电控云台A和电控云台B上；光源安装在电控云台A上，位于多传感器单元的正下方；数据采集卡与多传感器单元连接，安装所述电控机械摇臂的三脚架上方；

其中控制计算机安装在电控机械摇臂的三脚架上方，与数据采集卡、运动控制卡和多光谱成像仪A、多光谱成像仪B通过USB总线相连。

2.  根据权利要求1所述的一种设施作物生长信息无损检测装置，其特征在于所述多传感器单元包括由多光谱成像仪A、多光谱成像仪B、红外温度探测器A、红外温度探测器B、红外温度探测器C、辐照度传感器、温湿度传感器、荷重传感器、遮光罩和标尺；其中多光谱成像仪A、红外温度探测器A、红外温度探测器B、辐照度传感器、温湿度传感器、遮光罩安装在所述电控机械摇臂的电控云台A上，固定在电控云台A的下方，处于俯视位置；所述多光谱成像仪B、红外温度探测器C安装在电控机械摇臂的电控云台B上，固定在电控云台B的左侧，处于侧视位置；所述荷重传感器位于检测样本果实的下方，通过支撑杆垂直固定在温室土槽中；所述标尺固定在检测样本旁垂直与地面，与检测样本平行。

3.一种设施作物生长信息无损检测方法，其特征在于按照下述步骤进行：

（1）利用多光谱成像仪A和多光谱成像仪B，采集检测样本的俯视和侧视视场的可见光-近红外反射光谱和多光谱图像，并通过USB总线上传控制计算机，据此可判断检测样本的氮、磷、钾营养水平和冠层面积、果实形态信息；

（2）利用红外温度探测器A、红外温度探测器B、红外温度探测器C采集检测样本的冠层温度信息；利用荷重传感器，采集检测样本的果实质量信息；利用辐照度传感器和温湿度传感器，采集检测样本生长环境的光照和温湿度信息；将上述信息输入数据采集卡进行数字化转换后，通过USB总线上传控制计算机；

（4）对采集的可见光-近红外反射光谱和多光谱图像进行分析处理，控制计算机提取检测样本的氮、磷、钾的光谱特征波长和多光谱图像的颜色、纹理、灰度均值及融合特征，利用同步获取的光强信息进行特征补偿，进而将提取的氮磷钾的光谱特征波长、多光谱图像的颜色、纹理、灰度均值及融合特征进行优化，构建氮磷钾光谱和图像组合特征空间；

（5）利用采集的可见光-近红外反射光谱和检测样本的冠层温度信息，控制计算机提取检测样本水分的光谱特征和冠层温度特征，结合环境温湿度信息，获取冠-气温差和饱和水汽压；利用同步获取的环境光照信息进行特征补偿，通过特征优化构建水分的光谱和冠层温度组合特征空间；

（6）利用采集的多光谱图像和果实质量信息，结合参考标尺，控制计算机提取检测样本的冠层面积、茎粗、株高、果实形态和质量数据；并根据连续观测数据，求得冠层面积扩张速率、植株生长速率和果实生长速率；

（7）利用获取的作物氮、磷、钾营养、水分和长势信息，利用控制计算机进行连续监测记录，作为检测样本的生长信息的检测数据。

4.根据权利要求3所述的一种设施作物生长信息无损检测方法，其特征在于其中步骤（4）中所述的采用的反射光谱的分析处理方法包括：首先进行滤波，之后进行逐步回归和主成分分析；多光谱图像的分析处理方法包括：首先增强多光谱图像并进行像素级图像融合，之后通过超绿特征和二维直方图分割背景，最后进行颜色（灰度）均值计算、纹理分析和融合特征分析。