[发明专利]一种作物光谱信息采集装置及作物植被指数获取方法

说明书

本发明提供一种作物光谱信息采集装置及作物植被指数获取方法。所述采集装置包括：面阵光谱传感器和设置在所述面阵光谱传感器左右两侧的两个点阵光谱传感器；所述面阵光谱传感器，用于采集自身下方的面状区域内的作物冠层的光谱图像信息；所述点阵光谱传感器，用于采集自身正下方的多个点状区域内的作物冠层的多组反射光信号；其中，每一个点状区域具有一组反射光信号；所述多个点状区域位于所述面状区域内。本发明提供的装置及方法，通过将点阵光谱传感器和面阵光谱传感器组合使用，能够以较快的计算速度剔除土壤背景等对作物冠层反射光信号的干扰，进而获取高精度的作物冠层的反射光信号，为实时获取作物植被指数提供更可靠的数据支持。

技术领域

本发明涉及变量施肥技术领域，更具体地，涉及一种作物光谱信息采集装置及作物植被指数获取方法。

背景技术

我国自20世纪70年代开始，化肥的消费量迅速增加，对提高农作物产量起到了很大的作用，但我国的化肥投入突出问题是结构不合理，利用率低。1978—2005年粮食产量仅增产50％，但化肥消费量却增长了300％以上。目前我国施用化肥多停留在经验施肥的水平上，化肥利用率仅为30％～40％，化肥的增产效果并未得到充分发挥，造成了惊人的浪费，在一些地区已出现了水污染等问题。据统计，我国的化肥施用量已经达到了平均434.3kg/hm2，远远超出发达国家为防止化肥对水体造成污染所设置的225kg/hm2的安全上限，是国际标准的1.93倍。肥料施用量的增加和利用效率的下降，不仅造成了经济上的巨大损失，而且引起了严重的环境污染。化肥尤其是氮肥已成为主要的环境污染源之一，实行科学的变量施肥是农业可持续发展的必要措施和亟待解决的问题。

为了实行科学的变量施肥，获知被测农作物的生长状态信息极为关键，但现有的获取农作物的生长状态信息的技术一方面不能有效消除田间土壤反射光谱和作物生长形态导致的光谱干扰，从而导致测得的农作物的生长状态信息不够精确；另一方面，对于反演农作物的反射光信号所用的算法较为复杂，处理时间较长，对处理器要求较高，实时性差。

发明内容

本发明提供一种克服现有技术中的测得的农作物的生长状态信息不够精确，并且对于反演农作物的反射光信号所用的算法较为复杂，处理时间较长，对处理器要求较高，实时性差的问题的一种作物光谱信息采集装置及作物植被指数获取方法。

根据本发明的一个方面，提供一种作物光谱信息采集装置，所述采集装置包括：面阵光谱传感器和设置在所述面阵光谱传感器左右两侧的两个点阵光谱传感器；所述面阵光谱传感器，用于采集自身下方的面状区域内的作物冠层的光谱图像信息；所述点阵光谱传感器，用于采集自身正下方的多个点状区域内的作物冠层的多组反射光信号；其中，每一个点状区域具有一组反射光信号；所述多个点状区域位于所述面状区域内。

优选地，所述点阵光谱传感器具有多个光学通道，所述多个光学通道与所述多个点状区域一一对应；其中，每一个光学通道，用于采集对应的点状区域内的作物冠层在一个特定波长处的反射光信号。

优选地，所述多个光学通道至少为三个；其中，三个光学通道分别采集对应的点状区域内的作物冠层在可见光波段内的任一波长处、在红边波段内的任一波长处和在近红外光波段内的任一波长处的反射光信号。

优选地，所述点阵光谱传感器的多个光学通道彼此独立，其中，每一个光学通道中包含光电探测器、滤光片和透镜；每一个光学通道通过更换滤波片，以采集不同的特定波长处的反射光信号；所述光电探测器，用于将所述特定波长处的反射光信号转换为微弱电流信号。

优选地，所述点阵光谱传感器还具有：信号调理电路、微控制器和通信电路；所述信号调理电路，用于将多组所述微弱电流信号进行I/U转换和滤波放大处理；所述微控制器，用于接收所述信号调理电路发送的经过I/U转换和滤波放大处理后的多组电信号，并将所述经过I/U转换和滤波放大处理后的多组电信号转换为多组数字电信号；所述通信电路，用于将所述多组数字电信号发送至上位机。