土壤多光譜信息采集裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及圖像采集技術(shù)，尤其涉及一種用于土壤的多光譜信息采集裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]“精細(xì)農(nóng)業(yè)”是未來(lái)農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要方向，主要包括三個(gè)方面:一是采集田間農(nóng)作物的長(zhǎng)勢(shì)信息，生成作物長(zhǎng)勢(shì)分布圖；二是獲取田間農(nóng)作物生長(zhǎng)條件的時(shí)空差異信息，例如田間地形、地貌、土壤類型、肥力和墑情等，并結(jié)合田間農(nóng)作物的長(zhǎng)勢(shì)分布信息，通過(guò)集成農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育模擬模型，投入、產(chǎn)出模擬模型和農(nóng)作物管理專家知識(shí)庫(kù)等建立的農(nóng)作物管理輔助決策支持系統(tǒng)，在決策者的參與下生成農(nóng)作物管理、變量作業(yè)實(shí)施處方圖；三是根據(jù)農(nóng)作物管理、變量作業(yè)實(shí)施處方圖生成控制命令，對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械的變量作業(yè)進(jìn)行調(diào)整與控制，實(shí)現(xiàn)農(nóng)田作物精細(xì)農(nóng)作管理。其中，土壤信息是精細(xì)農(nóng)業(yè)技術(shù)實(shí)踐中的首要環(huán)節(jié)，特別是土壤肥力信息的獲取尤為重要，其是進(jìn)行精細(xì)農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)。
[0003]目前，用于獲取土壤多光譜信息的信息采集裝置主要包括兩大類:高光譜分辨率信息采集裝置和高空間分辨率信息采集裝置和高光譜分辨率信息采集裝置，其中，高光譜分辨率信息采集裝置是采用高光譜傳感器進(jìn)行信息的采集，高光譜傳感器雖然能較完整的測(cè)量出光譜曲線，但每次僅能測(cè)量土壤的一個(gè)點(diǎn)，效率較低，難以滿足土壤多光譜信息這種大量測(cè)量的需要。高空間分辨率信息采集裝置主要包括普通的消費(fèi)性相機(jī)和用于衛(wèi)星的航拍儀器，這類信息采集裝置可以實(shí)現(xiàn)較大的分辨率，但是，其僅能對(duì)可見(jiàn)光部分的波段進(jìn)行響應(yīng)，而無(wú)法對(duì)近紅外波段進(jìn)行有效測(cè)量，使得在土壤多光譜信息分析時(shí)，可靠性較差，結(jié)果不準(zhǔn)確，且采用衛(wèi)星拍攝時(shí)，成本較高，信息獲取具有較大的滯后性；對(duì)于以上兩方面的不足，美國(guó)GSI公司所推出的MS3100/4100系列產(chǎn)品提供了一種解決方法，可一次獲得紅R、綠G、藍(lán)B、近紅外NIR等4個(gè)波段中的任意3個(gè)，該產(chǎn)品雖然可以得到NIR波段的信息，但是該產(chǎn)品所采用的分光設(shè)備的成本很高，在實(shí)際應(yīng)用和推廣的過(guò)程中，將有難以預(yù)見(jiàn)的困難，而且最多一次只能獲得3個(gè)波段的信息，限制了一起的適用范圍；另外，美國(guó)Tetracam公司所研制了一種MCA多光譜相機(jī)，該光譜相機(jī)體積龐大，集成度低，安裝和使用上有諸多不便，且該多光譜相機(jī)接口過(guò)于單一，靈活性較差，實(shí)用性較差，成為其推廣使用的重大阻礙。
[0004]綜上，現(xiàn)有用于土壤多光譜信息采集裝置要么無(wú)法對(duì)近紅外波段的光譜信息進(jìn)行采集，導(dǎo)致信息獲取不準(zhǔn)確，要么成本高，價(jià)格昂貴，信息采集量大，信息采集滯后性大，使得現(xiàn)有信息采集裝置的實(shí)用性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型提供一種土壤多光譜信息采集裝置，可有效克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，降低成本，提高土壤多光譜信息采集裝置的實(shí)用性。
[0006]本實(shí)用新型提供一種土壤多光譜信息采集裝置，包括:中央控制器，以及與所述中央控制器連接的第一采集電路和第二采集電路，其中:
[0007]所述第一采集電路包括:與所述中央控制器連接的第一傳感器驅(qū)動(dòng)模塊，以及與所述第一傳感器驅(qū)動(dòng)模塊連接的可見(jiàn)光傳感器，所述可見(jiàn)光傳感器用于采集紅、綠、藍(lán)三個(gè)波段的土壤光譜信息；
[0008]所述第二采集電路包括:與所述中央控制器連接的第二傳感器驅(qū)動(dòng)模塊，以及與所述第二傳感器驅(qū)動(dòng)模塊連接的近紅外傳感器，所述近紅外傳感器用于采集近紅外波段的土壤光譜信息；
[0009]所述中央控制器用于控制所述第一傳感器驅(qū)動(dòng)模塊和第二傳感器驅(qū)動(dòng)模塊，以驅(qū)動(dòng)所述可見(jiàn)光傳感器和近紅外傳感器同步采集土壤光譜信息。
[0010]上述的土壤多光譜信息采集裝置中，所述可見(jiàn)光傳感器為可見(jiàn)光CMOS傳感器；和/或，所述近紅外傳感器為近紅外CMOS傳感器。
[0011]上述的土壤多光譜信息采集裝置還可包括:
[0012]快門按鍵輸入模塊，連接在快門按鍵和中央控制器之間，用于消除快門按鍵按下時(shí)的電平抖動(dòng)，以為所述中央控制器輸入一個(gè)有效脈沖信號(hào)。
[0013]上述的土壤多光譜信息采集裝置還可包括:
[0014]SDRAM存儲(chǔ)模塊，與所述中央控制器連接，用于一幀土壤光譜信息采集過(guò)程中進(jìn)行信息暫存；
[0015]CF卡存儲(chǔ)模塊，與所述中央控制器連接，用于在一幀土壤光譜信息采集完畢后，在所述中央控制器控制下將暫存在所述SDRAM存儲(chǔ)模塊的一幀土壤光譜信息保存起來(lái)。
[0016]上述的土壤多光譜信息采集裝置中，所述中央控制器采用FPGA為核心的控制器。
[0017]本實(shí)用新型提供的土壤多光譜信息采集裝置，通過(guò)設(shè)置可見(jiàn)光傳感器和近紅外傳感器，并通過(guò)對(duì)該兩個(gè)傳感器進(jìn)行同步控制，可在同一時(shí)刻獲得所要采集土壤的紅、綠、藍(lán)和近紅外四個(gè)波段的土壤光譜信息，可用于土壤多光譜信息的采集中，土壤多光譜信息采集裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)方便，成本低，且采集信息方便，可有效提高采集裝置的實(shí)用性；同時(shí)，本實(shí)用新型土壤多光譜信息采集裝置中的中央控制器采用FPGA為核心的控制器，除可以實(shí)現(xiàn)采集裝置內(nèi)部復(fù)雜和精密的邏輯控制以外，還可以為外部提供更加靈活多樣的控制接口和圖像傳輸接口，解決了接口部分對(duì)于多光譜相機(jī)的推廣的限制；此外，本實(shí)用新型土壤多光譜信息采集裝置通過(guò)采用CMOS傳感器，可有效提高圖像的分辨率，減少采集裝置的功耗和圖像失真，提高信息采集的準(zhǔn)確性和可靠性，基于本實(shí)施例裝置采集的土壤信息可準(zhǔn)確反應(yīng)土壤中有機(jī)質(zhì)和水分的含量。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本實(shí)用新型土壤多光譜信息采集裝置實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例中快門按鍵輸入模塊對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理的原理示意圖；
[0020]圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例中傳感器驅(qū)動(dòng)模塊的電路原理結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例整體結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]為使本實(shí)用新型實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0023]圖1為本實(shí)用新型土壤多光譜信息采集裝置實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本實(shí)施例土壤多光譜信息采集裝置包括:中央控制器1、第一采集電路2和第二采集電路3，所述第一采集電路2和第二采集電路3分別與中央控制器I連接，其中:第一采集電路2包括第一傳感器驅(qū)動(dòng)模塊21和可見(jiàn)光傳感器22，第一傳感器驅(qū)動(dòng)模塊21與中央控制器I連接，可見(jiàn)光傳感器22與第一傳感器驅(qū)動(dòng)模塊21連接，該可見(jiàn)光傳感器22可用于采集紅、綠、藍(lán)三個(gè)波段的土壤光譜信息；第二采集電路3包括第二傳感器驅(qū)動(dòng)模塊31和近紅外傳感器32，第二傳感器驅(qū)動(dòng)模塊31與中央控制器I連接，近紅外傳感器32與第二傳感器驅(qū)動(dòng)模塊31連接，該近紅外傳感器32可用于采集近紅外波段的土壤光譜信息；中央控制器I用于控制第一傳感器驅(qū)動(dòng)模塊21和第二傳感器驅(qū)動(dòng)模塊31，以分別驅(qū)動(dòng)可見(jiàn)光傳感器22和近紅外傳感器32同步采集土壤光譜信息。本實(shí)施例土壤多光譜信息采集裝置可應(yīng)用于土壤中有機(jī)質(zhì)和水分的信息的采集，在進(jìn)行信息采集時(shí)，可通過(guò)中央控制器I控制可見(jiàn)光傳感器22和近紅外傳感器32在某一時(shí)刻和地點(diǎn)進(jìn)行信息的同步采集，獲得土壤的紅、綠、藍(lán)和近紅外四個(gè)波段的空間光譜信息，從而可利用該四個(gè)波段的土壤光譜信息生成土壤養(yǎng)分分布圖，以為精細(xì)農(nóng)業(yè)實(shí)踐提供基礎(chǔ)。
[0024]本實(shí)施例中，上述的可見(jiàn)光傳感器22和近紅外傳感器32均可為CMOS傳感器，具體地，可見(jiàn)光傳感器22為可見(jiàn)光CMOS傳感器，近紅外傳感器32為近紅外CMOS傳感器。相對(duì)于現(xiàn)有普遍采用CCD傳感器的信息采集裝置，采用CMOS傳感器可具有較高的空間分辨率，較低的功耗和信息失真，可有效保證采集信息的準(zhǔn)確性，同時(shí)降低能耗?？梢钥闯觯捎贑MOS傳感器具有較低的能耗，通過(guò)采用COMS傳感器進(jìn)行空間光譜信息的采集，可有效提高本實(shí)施例土壤多光譜信息采集裝置進(jìn)行信息采集時(shí)的續(xù)航能力，可有效應(yīng)用于土壤中有機(jī)質(zhì)和水分的含量信息的采集；同時(shí)，由于CMOS傳感器具有較高的空間分辨率和較小的信息失真，使得采集的光譜信息更加準(zhǔn)確，可更加真實(shí)準(zhǔn)確的反應(yīng)土壤中有機(jī)質(zhì)和水分的含量信息，可保證精細(xì)農(nóng)業(yè)技術(shù)的有效實(shí)施。
[0025]本實(shí)施例中，上述的可見(jiàn)光CMOS傳感器和近紅外CMOS傳感器的空間分辨率可為1280*1024，以保證土壤養(yǎng)分信息采集時(shí)信息的準(zhǔn)確性和可靠性。實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)需要設(shè)置合適的空間分辨率，以滿足實(shí)際采集和分析的需要，獲得準(zhǔn)確的土壤養(yǎng)分信息分布圖。
[0026]本實(shí)施例土壤多光譜信息采集裝置的快門采用按鍵的輸入方式，以便用戶可通過(guò)按壓快門按鍵進(jìn)行圖像的采集，當(dāng)用戶按下快門按鍵時(shí)，快門按鍵產(chǎn)生的時(shí)刻和持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短是隨機(jī)不定的，且存在因開(kāi)關(guān)簧片反彈引起的電平抖動(dòng)現(xiàn)象。為此，本實(shí)施例土壤多光譜信息采集裝置還設(shè)置有快門按鍵輸入模塊，以便對(duì)快門按鍵按下時(shí)產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行處理，具體地，如圖1所示，本實(shí)施例土壤多光譜信息采集裝置還可包括有快門按鍵輸入模塊4，與設(shè)置在采集裝置上的快門按鍵5和中央控制器I連接，用于消除快門按鍵5按下時(shí)的電平抖動(dòng)，以為中央控制器I輸入一個(gè)有效的脈沖信號(hào)，從而可有效保證快門按鍵5按下時(shí)，中央控制器I可根據(jù)該有效的脈沖信號(hào)控制各傳感器工作。
[0027]本實(shí)施例中，上述的快門按鍵輸入模塊4具體可以是一個(gè)同步消抖電路，以保證采集裝置能夠捕捉到快門按鍵按下時(shí)的輸入脈沖，并保證每一次快門按鍵的按下，只形成一個(gè)有效的脈沖。
[0028]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例中快門按鍵輸入模塊對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理的原理示意圖。在秒表系統(tǒng)中，要求得到寬度為一個(gè)外部時(shí)鐘信號(hào)elk的周期的鍵入脈沖，因此，上述的快門按鍵輸入模塊4的工作原理是:每按一下快門按鍵，快門按鍵輸入模塊4將輸出一個(gè)有效的快門脈沖。具體地，如圖2所示，其中shutter為輸入快門按鍵輸入模塊的快門信號(hào)，shuttterO為經(jīng)過(guò)快門按鍵輸入模塊處理后的輸出信號(hào),該輸出信號(hào)shutterO輸出至中央控制器；狀態(tài)控制信號(hào)shutter_templ是快門信號(hào)shutter在時(shí)鐘信號(hào)clkl的下降沿進(jìn)行鎖存的鎖存信號(hào)，狀態(tài)控制信號(hào)shutter_temp2是狀態(tài)控制信號(hào)shutter_templ在時(shí)鐘信號(hào)clkl的下降沿進(jìn)行鎖存的鎖存信號(hào)，狀態(tài)控制信號(hào)ShUtter_temp3是狀態(tài)控