[发明专利]便携式智能植物生理状态检测系统及方法

说明书

本发明公开了一种便携式智能植物生理状态检测系统和方法，其系统包括照明模块以及用于对待测植物进行荧光图像采集的摄像单元，所述照明模块包括：提供激发光照明的LED阵列以及设置在LED阵列发光侧的光学薄膜，该光学薄膜对待测植物荧光的反射率小于5％，该光学薄膜对LED光的反射率大于95％。本发明能够让使用者在野外条件便携地对植物进行叶绿素荧光检测，并对测量获得荧光图像进行实时地处理、分析，实时将测量结果与远程云共享服务器的数据库中的植物生理状态进行匹配，并实现数据库新样本的更新和机器学习。

技术领域

本发明涉及叶绿素荧光检测领域，具体是涉及一种能在野外条件下便携地进行植物叶绿素荧光检测，并实现智能实时数据分析的方法及系统装置。

背景技术

光合作用是地球上最重要的化学反应之一，它利用太阳光能裂解水释放出了地球上绝大多数所需要的氧气，同时固定大气中的二氧化碳为葡萄糖为新陈代谢提供能量。在光合作用的光反应过程，将所吸收的光能进行传递。转换为电能的过程中，有一部分光能损耗以较长波长的荧光方式释放。自然条件下，叶绿素荧光和光合作用有着十分密切的关系，很多光合作用过程的变化都可通过叶绿素荧光反映出来，由于其测量快速、可靠、灵敏、对样品无损伤等特点，使其得以迅速发展。

常用的测量方法为调制式测量荧光方法，该方法是利用光子密度较小的调制测量光照射植物的叶片，探测其激发的荧光。用强光强的饱和光脉冲测量荧光的变化情况，确定叶绿素的荧光参数。随着CCD摄像技术的发展，使荧光成像测量成为可能。但荧光成像测量需要均匀分布的激发光照明，且对激发光强度有明确要求。目前成像的叶绿素荧光探测仪器一般采用LED阵列光源，每个LED照明局部区域，多个LED拼接成大面积均匀激发光照明。但由于该均匀照明区域只局限于一个特定的照明距离，离开该距离后激发光的均匀性变差，而且由于光源的发散特性，使得距离增加后激发光强变弱，无法满足测量需求。而对于整株植物，由于不同叶片的高低不同，无法同时对这些叶片进行测量。

发明内容

本发明提供了一种便携式智能植物生理状态检测系统，利用该检测系统，能够检测植物检测过程中，提供均匀的激发光照明，同时对植物产生的荧光图提供暗背景，提高了检测精度，降低了检测难度；同时结构简单，携带方便。

一种便携式智能植物生理状态检测系统，包括照明模块以及用于对待测植物进行荧光图像采集的摄像单元，所述照明模块包括：提供激发光照明的LED阵列以及设置在LED阵列发光侧的光学薄膜，该光学薄膜对待测植物荧光的反射率小于5％，该光学薄膜对LED光的反射率大于95％。

本发明中，通过光学薄膜可实现对植物的蓝光的均匀照明，同时又可以为植物产生的荧光提供暗背景，则植物的荧光图的对比度得到提高，进一步提高了待测植物荧光图的清晰度。

本发明中，所述的摄像单元一般包括CCD工业相机、以及带有滤光片的变焦距镜头等部件。本发明中，所述的变焦距镜头由多个非球面透镜组成的畸变较小的变焦距镜头，且变焦距镜头最外端夹持一个透射波长大于640nm的光波的滤光片。

作为优选，所述光学薄膜包括：

基底；该基底为加硬防划处理的PC板；

依次交替设置在基底上的二氧化硅层和二氧化钛层，其中最靠近基底的一层为二氧化硅层。

以满足对200nm至550nm的波段的光高反射，对550nm至1600nm的光低反射的条件为设计目标函数，二氧化硅和二氧化钛的层数及厚度，由麦克斯韦方程组求解得到。

本发明同时提供了一种利用上述便携式智能植物生理状态检测系统进行植物生理状态检测的方法，该方法简单易行，包括将待测植物叶子固定在照明模块照明区域，通过摄像单元进行植物荧光图像的采集。