一种主动光源式作物冠层反射光谱测量装置及其方法

摘要

一种主动光源式作物冠层反射光谱测量装置及其方法，属于几何光学和农业信息无损检测领域。主动光源为双通道窄带LED光源，采用光路参数可调的特殊结构，可根据测量需要实现主动光源照射特征参数的改变，以满足不同尺度冠层的光谱反射测量；测量系统光路结构能保证双通道反射光谱响应值在测量高度变化时保持恒值比例关系，使NDVI，RVI等比值型光谱指数的测量值理论上不随测量高度发生改变。

主权项

一种主动光源式作物冠层反射光谱测量方法，应用主动光源式作物冠层反射光谱测量装置，它包括光路系统安装基座(9)、LED安装定位器(4)、柱面镜安装架(7)和柱面镜(6)构成的光路发射单元，以及至少一组由光谱检测光路安装孔(1)、平凸透镜(5)、滤光片(10)和光电敏感器件(11)构成的光路检测单元，其中滤光片(10)的类型与LED发光阵列(12)的波长匹配；所述的光路系统安装基座(9)上设置有平行的光谱检测光路安装孔(1)和光带整形槽(2)，平凸透镜(5)安装在光谱检测光路安装孔(1)内，LED安装定位器(4)设置在光路系统安装基座(9)背面的定位器安装槽(3)上，该LED安装定位器(4)为板状结构，内置若干个用于安装LED发光阵列(12)的LED安装孔，柱面镜安装架(7)嵌入设置在光路系统安装基座(9)正面的光带整形槽(2)的下方槽内，柱面镜(6)设置在柱面镜安装架(7)上；所述的光谱检测光路安装孔(1)内平凸透镜(5)的后端依次设置滤光片(10)和光电敏感器件(11)，所述的光电敏感器件(11)输出电压信号供给后级处理设备，其特征是该方法包括计算冠层反射率R_λ的步骤；(A‑1)、安装光路发射和检测单元，测量光路系统安装基座(9)与作物冠层的高度H，安装波长为λ的LED发光阵列(12)，采用光路检测单元获取对冠层反射光的响应值即光电敏感器件(11)输出的电压信号，经过I/V转换和滤波处理后，得到LED发光阵列(12)对冠层照射的反射光响应电压值L_cλ‑H；(A‑2)、将作物替换为标准白板，采用步骤(A‑1)的光路检测单元获取对标准白板反射的响应值，即光电敏感器件(11)输出信号经过I/V转换和滤波处理后的电压值L_Wλ‑H；(A‑3)、采用下述公式求取作物冠层反射率R_λ，它还包括计算比值型光谱指数的步骤：(B‑1)、安装光路发射和检测单元，测量光路系统安装基座(9)与作物冠层的高度H，安装两种波长的LED发光阵列(12)，波长分别为λ₁和λ₂，分别开启波长为λ₁和λ₂的发光阵列，采用两组光路检测单元分两次进行检测，获取对应波长为λ₁和λ₂的两检测通道对冠层反射光的响应值即两光电敏感器件(11)输出的电压信号，分别经过I/V转换和滤波处理后，得到电压值和(B‑2)、将作物替换为标准白板，采用步骤(B‑1)的光路检测单元获取对标准白板反射的响应值，即两光电敏感器件(11)输出信号经过I/V转换和滤波处理后的电压值和(B‑3)、计算标准白板光谱响应比值系数该值是一个定值，不随高度H变化而变化；(B‑4)、采用下述公式求取比值型光谱指数归一化植被指数NDVI和比值植被指数RVI：$NDVI=\frac{L_{{\mathrm{c\lambda }}_1-H}-C_W·L_{{\mathrm{c\lambda }}_2-H}}{L_{{\mathrm{c\lambda }}_1-H}+C_W·L_{{\mathrm{c\lambda }}_2-H}};RVI=\frac{L_{{\mathrm{c\lambda }}_1-H}}{C_W·L_{{\mathrm{c\lambda }}_2-H}}.$