[实用新型]一种基于图像反演的土壤水分测定装置

说明书

一种基于图像反演的土壤水分测定装置，包括探测杆以及集成有图像处理模块的控制器；探测杆包括透明的外管体，以及设置在外管体内的支撑架；支撑架包括垂直于外管体的轴线方向的底板，底板上安装有能绕外管体的轴线转动的微型云台，微型云台上安装有沿外管体的径向向外设置的摄像头，以及与摄像头朝向一致的补光灯；微型云台、摄像头以及补光灯均电连接至控制器。将探测杆插入土壤后，通过摄像头获取各层土壤的照片，对照片进行图像亮度统一化处理和颜色模式处理后得到土样的HSB值，根据HSB值和土壤含水率关系模型反演出采样点的含水率。本实用新型具有成本相对低廉，操作方便，使用安全，能够快速地对土壤剖面进行含水率测定等优点。

技术领域

本实用新型涉及土壤水分测定技术领域，特别的涉及一种基于图像反演的土壤水分测定装置。

背景技术

土壤含水率的测定是土壤理化性质相关研究的基础，对研究土壤水分运动规律以及农田水分管理等具有重要意义。当前，土壤含水率的测定方法主要有烘干法、TDR法、FDR法、中子仪法、γ射线法以及红外辐射法等。但是烘干法费时费力且破坏土壤结构，TDR法和FDR法需要进行多层次监测时需要精准探头因而价格较高，且需要开挖剖面。中子仪法和γ射线法分辨率较低且对人体有辐射危害，红外辐射法仅观测表层土壤水分。这些方法均不能对土壤垂直剖面进行同步动态监测，影响野外测定效率。

数码相机的成像原理是CCD图像传感器（电荷耦合器件）将镜头传递的光信号转变为电信号，再转换成数字信号，贮于存储器中。CCD的“分色滤色片”应用了三原色分色法，并按不同比例合成可以产生大部分颜色。在饱和含水率范围内，不同含水率下土壤图像各异，RGB和HSB值也不同，基于此，根据图像的RGB值或HSB值即可定量得出土壤中的含水量，即利用图像反演土壤含水率，实现对土壤剖面含水率的测定。要利用图像反演得出土壤的含水率，需要先获取清晰的土壤照片，因此，如何获取方便快速地获取土壤剖面的照片成为亟待解决的问题。

实用新型内容

针对上述现有技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题是：如何提供一种成本相对低廉，操作方便，使用安全，能够快速地对土壤剖面测定土壤水分的装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下技术方案：

一种基于图像反演的土壤水分测定装置，其特征在于，包括用于插入土壤获取土壤图像的探测杆以及集成有图像处理模块的控制器；所述探测杆包括透明的外管体，以及设置在所述外管体内的支撑架；所述支撑架包括沿垂直于所述外管体的轴线方向设置的底板，所述底板上安装有能绕所述外管体的轴线转动的微型云台，所述微型云台上安装有沿所述外管体的径向向外设置的摄像头，以及与所述摄像头朝向一致的补光灯；所述微型云台、摄像头以及补光灯均电连接至所述控制器。

采用上述结构，在对土壤剖面进行水分测量时，将探测杆沿竖向插入土壤内，通过微型云台摄像头旋转实现对同一深度的土壤剖面进行360度拍照。另外，还设置有补光灯，可以避免探测杆插入土壤后，光线太暗，影响拍摄图像的清晰度，有利于提高后期图像处理的精度；同时，还可以使获取的图片亮度一致性较好，避免对不同含水量的土壤的照片HSB值产生不一致的影响，有利于提高测量的精度。

进一步的，所述底板的外形与所述外管体的内孔的横截面形状完全一致，且均为椭圆形。

这样，将外管体的内孔和底板设置成完全一致的椭圆形，可以避免底板在外管体内随微型云台转动，提升摄像头转动的平稳性，提高拍照的清晰度。同时，采用椭圆形的外管体，可以有效减小光线的畸变，提升拍摄质量。

进一步的，所述外管体的内孔的横截面的长轴与短轴之比为1:0.85~1:0.95。

这样，可以使外管体的内孔形状更接近圆形，提高拍摄的清晰度。

进一步的，所述摄像头上还设置有广角镜头，所述广角镜头在竖向方向上的视角为120°~140°。