CN208902035U - 作物冠层监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种作物冠层监测装置，属于作物监测技术领域，其包括支架、转盘、热成像仪、摄像头、控制中心、处理中心和驱动单元，热成像仪和摄像头均安装在转盘的上端面，转盘安装在支架的顶端，驱动单元安装在转盘上并在控制中心的控制下驱动转盘旋转，处理中心根据热成像仪和摄像头拍摄的作物图像信息分析获取作物的内部信息。本实用新型中的热成像仪和摄像头分别获得作物群体的热辐射图像和数码图像，在控制中心的作用下，驱动单元驱动转盘转动，进而带动安装在转盘上的热成像仪和摄像头旋转，获取作物不同角度的图像信息，经过处理中心的分析获取该作物的三维立体图，从而分析出该作物的株高、茎粗、株幅值及叶幅值等多项内部信息。

Description

作物冠层监测装置

技术领域

本实用新型涉及农作物监测技术领域，尤其涉及一种作物冠层监测装置。

背景技术

对作物群体内部信息的研究是理解作物***生态格局、生理生化运作机制的重要基础。目前，对作物冠层群体内部信息的测量大部分是从外部进行，由于冠层外部被植株叶片遮挡覆盖，难以通过外部测量获取群体中作物的高度、茎粗、株幅值、叶幅值等内部信息。

随着科学技术的发展，已有一些专门的作物冠层结构分析设备和装置，例如，常见的作物的高度检测方法主要借助超声波测量和机器视觉技术，将超声波测距传感器安置在上方，通过垂直向下发射超声波获取作物冠层与传感器之间的距离，进而推算作物的高度。但该装置仅能对传感器正下方的作物进行高度测量，测量范围有限，测量数据也仅限于高度测量，不能获取其他内部信息。另外，超声波测距传感器本身存在反射、噪音、交叉等问题，作物的各植株间容易产生相互干涉，从而造成作物的顶部高度难以捕捉，使得最终的测量结果不稳定，存在较大的误差，难以在实际中应用。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型的目的是提供一种作物冠层监测装置，用以解决现阶段监测指数单一且监测误差大的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种作物冠层监测装置，包括支架、转盘、热成像仪、摄像头、控制中心、处理中心和驱动单元，所述热成像仪和所述摄像头均安装在所述转盘的上端面，所述转盘安装在所述支架的顶端，所述驱动单元安装在所述转盘上并在所述控制中心的控制下驱动所述转盘旋转，所述处理中心根据所述热成像仪和所述摄像头拍摄的作物图像信息分析获取作物的内部信息。

优选的，所述作物冠层监测装置还包括安装在所述支架上的电动液压推杆，所述转盘安装在所述电动液压推杆的推杆上，所述控制中心与所述电动液压推杆电连接以控制所述电动液压推杆的升降。

优选的，所述作物冠层监测装置还包括与所述处理中心信号连接的太阳能辐射传感器及用于安装所述太阳能辐射传感器的延伸杆，所述延伸杆的底端与所述转盘相连，所述太阳能辐射传感器高于所述转盘。

优选的，所述延伸杆包括两根平行于地面设置的横杆及一根垂直于地面设置的竖杆，所述竖杆的两端分别与一根所述横杆相连，两根所述横杆位于所述竖杆的不同侧，其中一根所述横杆的端部与所述转盘相连，另一根所述横杆的端部安装所述太阳能辐射传感器。

优选的，所述支架包括支撑杆及侧支杆，所述转盘安装在所述支撑杆的顶端，所述侧支杆一端与所述支撑杆相连，另一端为插接于地面的尖端。

优选的，所述作物冠层监测装置还包括安装在所述支撑杆一侧的供电中心，所述供电中心分别与所述热成像仪、所述摄像头、所述控制中心及所述驱动单元电连接。

优选的，所述侧支杆呈L型，其插接于地面的一端外伸于所述支撑杆的端部10cm。

优选的，所述驱动单元为步进电机，其步进角为1.8°。

(三)有益效果

本实用新型提供的作物冠层监测装置，热成像仪和摄像头分别获得作物群体的热辐射图像和数码图像，在控制中心的作用下，驱动单元驱动转盘转动，进而带动安装在转盘上的热成像仪和摄像头旋转，获取作物不同角度的图像信息，经过处理中心的分析获取该作物的三维立体图，从而分析出该作物的株高、茎粗、株幅值及叶幅值等多项内部信息。

附图说明

图1为本实用新型实施例作物冠层监测装置的结构示意图。

图中：1、支架；11、支撑杆；12、侧支杆；2、转盘；3、热成像仪；4、摄像头；5、电动液压推杆；6、太阳辐射传感器；7、延伸杆；71、横杆；72、竖杆；8、供电单元。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1所示，一种作物冠层监测装置包括支架1、转盘2、热成像仪3、摄像头4、控制中心、处理中心及驱动单元。其中，热成像仪3用于获取作物的热辐射图像，摄像头4用于获取作物的数码图像。具体地，转盘2安装在支架1的顶端，热成像仪3和摄像头4均安装在转盘2上，控制中心与驱动单元电连接。控制中心和处理中心均安装在支架1上。在控制中心的控制下，驱动单元驱动转盘2旋转，从而带动其上的热成像仪3和摄像头4旋转，获取作物不同角度的图像。处理中心分别与热成像仪3、摄像头4信号连接，以便将拍摄到的作物图像传给处理中心进行分析处理以获取作物的株高、茎粗、株幅值及叶幅值等内部信息。

本实用新型实施例中的作物冠层监测装置，在使用时通过支架1安装在作物群体内部，经由转盘2上的热成像仪3和摄像头4拍摄作物的图像，处理中心通过图像分析处理技术获得作物的三维图像，进而分析出作物的株高、茎粗、株幅值及叶幅值等生长信息，具有非接触、高通量、无损特点。

具体地，转盘2的直径为15cm，在转盘2中间安装驱动单元。该驱动单元为步进电机，在控制中心的控制下，步进电机驱动转盘2旋转，从而带动热成像仪3和摄像头4转动，在步进电机的每个脉冲下转盘2旋转1.8°。在热成像仪3内安装有滤光片，热成像仪3的光谱响应范围为900nm-1700nm，镜头焦距为6mm，分辨率为640×480，帧速为12FPS。作物生长发育过程中，拥有较快生长速率的器官或组织代谢旺盛、生理生化反应活跃，经由热成像仪3拍摄的红外图像上会在这些活跃位置处呈现较高的亮度。摄像头4的镜头焦距为32mm，分辨率为1280×1024，帧速为120FPS，用于拍摄精细的作物组织或器官的生长发育过程。

为了适应不同高度的作物冠层，在支架1上还安装有电动液压推杆5。该电动液压推杆5由电机驱动，其行程为20cm，速度为5cm/s，最大推力200N。控制中心与电动液压推杆5电连接以控制电机驱动电动液压推杆5的升降。转盘2固定安装在电动液压推杆5的顶端，在电动液压推杆5的推动下一同升降。具体地，转盘2的中心轴与推杆5的中心轴同轴。当电机驱动电动液压推杆5上下运动时，转盘2上的热成像仪3和摄像头4随之变化高度，从而能适应不同的冠层高度，有效拓宽该作物冠层的使用范围。

太阳辐射的能量是作物群体得以生长发育的关键指标，为此，本实用新型实施例中的作物冠层监测装置还包括与处理中心信号连接的太阳辐射传感器6及安装该太阳辐射传感器6的延伸杆7。具体地，延伸杆7一端安装在转盘2上，另一端安装朝向天空方向的太阳辐射传感器6。当转盘2旋转时，其上的延伸杆7带动太阳辐射传感器6随之旋转。为了准确测量太阳辐射的能量，获取作物的具体生长环境信息，该太阳辐射传感器6的高度高于转盘2，比如，其高度差可以为2m，以防作物冠层枝叶遮挡光线引起测量误差。

具体地，本实用新型实施例中的太阳辐射传感器6的灵敏度为7μV/w.m^-2～12μV/w.m^-2，响应时间≤15s，精确度在±1.5％之间，温度漂移在±2％之间，测试范围在0～2000W/m²。延伸杆7包括两根横杆71及一根竖杆72。其中，横杆71平行于地面设置，竖杆72垂直于地面设置。竖杆72的两端分别与一根横杆71相连，并且两根横杆71位于竖杆72的不同侧。一根横杆71中未与竖杆72连接的一端固定安装在转盘2上，另一根横杆71中未与竖杆72连接的一端用于安装太阳辐射传感器6。

本实用新型实施例中的支架1包括支撑杆11及侧支杆12，在支撑杆11的一侧安装有供电单元8，该供电单元8分别与热成像仪3、摄像头4、控制中心、处理中心及太阳辐射传感器6电连接，用于提供电能。供电单元8为输出电压5V、容量50000mAh的锂电池。其中，支撑杆11采用轻质刚性材料制成，为长25cm直径2cm壁厚0.3cm的圆形管，用于连接和支撑整个装置。转盘2通过电动液压推杆5安装在支撑杆11的顶端。侧支杆12为直径0.5cm实心管材，安装在支撑杆11的一侧。侧支杆12呈L型，其一端与支撑杆11相连，另一端为锐利的尖端，并外伸出支撑杆11的端部10cm。通过锐利尖端，侧支杆12可以很容易地深入土壤，从而增加了装置整体直立时的稳定性。

综上，本实用新型实施例中的作物冠层监测装置，热成像仪3和摄像头4分别获得作物群体的热辐射图像和数码图像，在控制中心的作用下，驱动单元驱动转盘2转动，进而带动安装在转盘上的热成像仪3和摄像头4旋转，获取作物不同角度的图像信息，这些图像信息经处理中心分析后能获取该作物的三维立体图，从而分析出该作物的株高、茎粗、株幅值及叶幅值等多项内部信息。整个监测过程不用接触作物，具有无损、高通量的特点，并且通过一个装置即可分析获取多组参数值，极大地降低了监测成本。另外，为准确连接作物的生长情况，增设太阳辐射传感器6获取作物的生长环境信息。整个装置通过支撑杆11和侧支杆12安装在地面上，连接稳固，结构简单。通过电动液压推杆5实现高度调节，拓宽整个装置的应用范围。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种作物冠层监测装置，其特征在于，包括支架、转盘、热成像仪、摄像头、控制中心、处理中心和驱动单元，所述热成像仪和所述摄像头均安装在所述转盘的上端面，所述转盘安装在所述支架的顶端，所述驱动单元安装在所述转盘上并在所述控制中心的控制下驱动所述转盘旋转，所述处理中心根据所述热成像仪和所述摄像头拍摄的作物图像信息整合出作物的三维立体图像以便从三维立体图像获取作物的内部信息。

2.根据权利要求1所述的作物冠层监测装置，其特征在于，所述作物冠层监测装置还包括安装在所述支架上的电动液压推杆，所述转盘安装在所述电动液压推杆的推杆上，所述控制中心与所述电动液压推杆电连接以控制所述电动液压推杆的升降。

3.根据权利要求1或2所述的作物冠层监测装置，其特征在于，所述作物冠层监测装置还包括与所述处理中心信号连接的太阳能辐射传感器及用于安装所述太阳能辐射传感器的延伸杆，所述延伸杆的底端与所述转盘相连，所述太阳能辐射传感器高于所述转盘。

4.根据权利要求3所述的作物冠层监测装置，其特征在于，所述延伸杆包括两根平行于地面设置的横杆及一根垂直于地面设置的竖杆，所述竖杆的两端分别与一根所述横杆相连，两根所述横杆位于所述竖杆的不同侧，其中一根所述横杆的端部与所述转盘相连，另一根所述横杆的端部安装所述太阳能辐射传感器。

5.根据权利要求1所述的作物冠层监测装置，其特征在于，所述支架包括支撑杆及侧支杆，所述转盘安装在所述支撑杆的顶端，所述侧支杆一端与所述支撑杆相连，另一端为插接于地面的尖端。

6.根据权利要求5所述的作物冠层监测装置，其特征在于，所述作物冠层监测装置还包括安装在所述支撑杆一侧的供电中心，所述供电中心分别与所述热成像仪、所述摄像头、所述控制中心及所述驱动单元电连接。

7.根据权利要求5所述的作物冠层监测装置，其特征在于，所述侧支杆呈L型，其插接于地面的一端外伸于所述支撑杆的端部10cm。

8.根据权利要求1所述的作物冠层监测装置，其特征在于，所述驱动单元为步进电机，其步进角为1.8°。