一种便携式作物氮素营养监测光谱仪制造技术

本实用新型专利技术提供了一种便携式作物氮素营养监测光谱仪，包括：主控模块、镜头控制模块、显示模块、图像采集模块、滤波模块、反射率提取模块、供电模块及外壳。其中：图像采集模块包括内置镜头及镜头圆盘，主控模块分别与镜头控制模块、显示模块、图像采集模块、反射率提取模块及供电模块连接，滤波模块与反射率提取模块及图像采集模块连接。本实用新型专利技术采用高光谱成像技术，通过采集554nm波段、678nm波段、720nm波段、736nm波段和773nm波段5个特征波段的反射率数值，为进一步确定氮素含量是否在正常范围内做下了铺垫，本实用新型专利技术便于携带、造价低且效率高，有效地解决了传统光谱仪不便携带、价格高及效率低的问题。

Portable monitoring instrument for nitrogen nutrition of crop

The utility model provides a portable spectrometer monitoring of crop nitrogen nutrition, including the main control module, camera control module, display module, image acquisition module, filter module, reflectivity extraction module, power supply module and shell. The image acquisition module includes a built-in lens and lens disc, the main control module and lens control module, display module, image acquisition module, module and power supply module is connected with the reflectance extraction, filtering module is connected with the reflectance extraction module and image acquisition module. The utility model adopts the hyperspectral imaging technology, through the acquisition of 554nm band, 678nm band, 720nm band, 736nm band and 773nm band 5 reflectance characteristic band value, to further determine whether nitrogen content made the upholstery in the normal range, the utility model has the advantages of portability, low cost and high efficiency, effectively solved the traditional spectrometer is inconvenient to carry, high price and low efficiency problem.

【技术实现步骤摘要】
一种便携式作物氮素营养监测光谱仪
本技术涉及农业
，具体而言，涉及一种便携式作物氮素营养监测光谱仪。
技术介绍
《全国农业现代化规划(2016—2020)》明确提出了以我为主、立足国内、确保产能、适度出口、科技支撑的国家粮食安全战略。近年来，农业科技创新对带动粮食主产区粮食增产，品质提升，对推动经济持续健康发展，做出了巨大贡献。其中，如何实时、动态地监测作物氮素营养状况，科学指导施肥、灌溉等田间操作，越来越受到农业科研人员及企业、合作社和农户的关注。传统的作物氮素监测方法有外观诊断、化学诊断和叶绿素计诊断。外观诊断虽然直观，但对观察者经验要求较高，且容易出现混淆与误判；化学诊断最为精准，但耗时费力且需要对作物进行破坏性取样；叶绿素计诊断只能反映单株作物营养情况，无法反映大范围农田营养状况。高光谱成像技术的出现为动态、无损地监测作物氮素营养提供了一条有效途径。通过对某类作物的冠层或叶片高光谱反射率进行分析，确定可用于准确反映氮素含量的特征波段，利用统计分析或数据挖掘的方法构建特征波段与氮素含量的数学模型。之后，在农业生产实践中，如果需要实时地监测此类作物氮素含量，只需将作物的冠层或叶片在特征波段下的反射率代入已建立好的数学模型得出实际值，与经验值进行对比，即可得知作物的氮素含量是否属于正常范围。
技术实现思路
本技术提供一种便携式作物氮素营养监测光谱仪，用以解决传统光谱仪不便携带、价格高、效率低的问题。为达到上述目的，本技术提供了一种便携式作物氮素营养监测光谱仪，包括：主控模块、镜头控制模块、显示模块、图像采集模块、滤波模块、反射率提取模块、供电模块和外壳，其中:主控模块分别与镜头控制模块、显示模块、图像采集模块、反射率提取模块及供电模块连接；图像采集模块包括内置镜头和镜头圆盘，镜头圆盘上设有5个滤光镜头，5个滤光镜头分别对应554nm波段、678nm波段、720nm波段、736nm波段和773nm波段，内置镜头用于分别采集上述5个波段对应的光谱图像；滤波模块与反射率提取模块及图像采集模块连接，用于对上述5个波段分别对应的光谱图像降噪；镜头控制模块用于带动所述镜头圆盘旋转，以使其中一个滤光镜头与所述内置镜头对正；反射率提取模块用于从降噪后的5个波段分别对应的光谱图像中提取光谱反射率数值；主控模块、镜头控制模块、内置镜头、滤波模块、反射率提取模块及供电模块设置于外壳内部，显示模块及镜头圆盘设置于外壳表面。进一步的，主控模块为一DSP芯片。进一步的，外壳为手枪状，外壳具有一主体和一手持柄，手持柄上设有电源开关、套手带和充电孔。进一步的，显示模块为一液晶显示器。进一步的，镜头圆盘的四周设有外滑轮以及中央设有螺母，外壳上设有外滑轮卡槽以及螺丝，外滑轮卡槽与外滑轮相匹配，螺丝与螺母相匹配，镜头控制模块控制螺丝转动，以带动镜头圆盘中的其中一个滤光镜头与内置镜头对正。本技术采用高光谱成像技术，通过采集554nm波段、678nm波段、720nm波段、736nm波段和773nm波段5个特征波段的反射率数值，为进一步构建特征波段与氮素含量的数学模型并根据数学模型得出作物氮素含量的实际值，并与经验值比较便可得知氮素含量是否在正常范围内做下了铺垫，本技术便于携带、造价低且效率高，有效地解决了传统光谱仪不便携带、价格高及效率低的问题。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本技术一个实施例的便携式作物氮素营养监测光谱仪内部各结构连接示意图；图2为本技术一个实施例的便携式作物氮素营养监测光谱仪整体结构示意图；图3为本技术一个实施例的便携式作物氮素营养监测光谱仪镜头圆盘结构示意图。附图标记说明：1-显示模块；2-主控模块；3-供电模块；4-反射率提取模块；5-滤波模块；6-图像采集模块；7-镜头控制模块；8-外壳；9-电源开关；10-手持柄；11-套手带；12-充电孔；13-内置镜头；14-螺丝；15-外滑轮卡槽；16-滤光镜头1；17-滤光镜头2；18-螺母；19-滤光镜头3；20-滤光镜头4；21-滤光镜头5；22-外滑轮。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。图1为本技术一个实施例的便携式作物氮素营养监测光谱仪内部各结构连接示意图，图2为本技术一个实施例的便携式作物氮素营养监测光谱仪整体结构示意图，图3为本技术一个实施例的便携式作物氮素营养监测光谱仪镜头圆盘结构示意图，如图1、图2及图3所示，便携式作物氮素营养监测光谱仪包括：显示模块1、主控模块2、供电模块3、反射率提取模块4、滤波模块5、图像采集模块6、镜头控制模块7、外壳8、电源开关9、手持柄10、套手带11、充电孔12、内置镜头13、螺丝14、外滑轮卡槽15、第一滤光镜头16、第二滤光镜头17、螺母18、第三滤光镜头19、第四滤光镜头20、第五滤光镜头21、外滑轮22，其中：主控模块2分别与镜头控制模块7、显示模块1、图像采集模块6、反射率提取模块4及供电模块3连接；图像采集模块6包括内置镜头13和镜头圆盘，镜头圆盘上设有第一滤光镜头到第五滤光镜头共5个滤光镜头，其中，第一滤光镜头16对应554nm波段、第二滤光镜头17对应678nm波段、第三滤光镜头19对应720nm波段、第四滤光镜头20对应736nm波段、第五滤光镜头21对应773nm波段，内置镜头13用于分别采集上述5个波段对应的光谱图像；滤波模块5与反射率提取模块4及图像采集模块6连接，用于对上述5个波段分别对应的光谱图像降噪；镜头控制模块7用于带动所述镜头圆盘旋转，以使其中一个滤光镜头与所述内置镜头13对正；反射率提取模块4用于从降噪后的5个波段分别对应的光谱图像中提取光谱反射率数值；主控模块2、镜头控制模块7、内置镜头13、滤波模块5、反射率提取模块4及供电模块3设置于外壳8内部，显示模块1及镜头圆盘设置于外壳8表面。进一步的，主控模块2为一DSP芯片。进一步的，外壳8为手枪状，外壳8具有一主体和一手持柄10，手持柄10上设有电源开关9、套手带11和充电孔12。进一步的，显示模块1为一液晶显示器。进一步的，镜头圆盘的四周设有外滑轮22以及中央设有螺母18，外壳8上设有外滑轮卡槽15以及螺丝14，外滑轮卡槽15与外滑轮22相匹配，螺丝14与螺母18相匹配，镜头控制模块7控制螺丝14转动，以带动镜头圆盘中的其中一个滤光镜头与内置镜头13对正。本技术中的滤光镜头圆盘可拆卸，方便替换其他滤光镜头，除此之外，本技术的其他模块都可以用其他具有相同功能的模块替换，以实现更加完善的功能。便携式作物氮素营养监测光谱仪的工作过程如下：(1)将镜头圆盘上的螺母18与仪器机身的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种便携式作物氮素营养监测光谱仪，其特征在于，包括：主控模块、镜头控制模块、显示模块、图像采集模块、滤波模块、反射率提取模块、供电模块和外壳，其中:所述主控模块分别与所述镜头控制模块、所述显示模块、所述图像采集模块、所述反射率提取模块及所述供电模块连接；所述图像采集模块包括内置镜头和镜头圆盘，所述镜头圆盘上设有5个滤光镜头，5个滤光镜头分别对应554nm波段、678nm波段、720nm波段、736nm波段和773nm波段，所述内置镜头用于分别采集上述5个波段对应的光谱图像；所述滤波模块与所述反射率提取模块及所述图像采集模块连接，用于对上述5个波段分别对应的光谱图像降噪；所述镜头控制模块用于带动所述镜头圆盘旋转，以使其中一个滤光镜头与所述内置镜头对正；所述反射率提取模块用于从降噪后的5个波段分别对应的光谱图像中提取光谱反射率数值；所述主控模块、所述镜头控制模块、所述内置镜头、所述滤波模块、所述反射率提取模块及所述供电模块设置于所述外壳内部，所述显示模块及所述镜头圆盘设置于所述外壳表面。

【技术特征摘要】
1.一种便携式作物氮素营养监测光谱仪，其特征在于，包括：主控模块、镜头控制模块、显示模块、图像采集模块、滤波模块、反射率提取模块、供电模块和外壳，其中:所述主控模块分别与所述镜头控制模块、所述显示模块、所述图像采集模块、所述反射率提取模块及所述供电模块连接；所述图像采集模块包括内置镜头和镜头圆盘，所述镜头圆盘上设有5个滤光镜头，5个滤光镜头分别对应554nm波段、678nm波段、720nm波段、736nm波段和773nm波段，所述内置镜头用于分别采集上述5个波段对应的光谱图像；所述滤波模块与所述反射率提取模块及所述图像采集模块连接，用于对上述5个波段分别对应的光谱图像降噪；所述镜头控制模块用于带动所述镜头圆盘旋转，以使其中一个滤光镜头与所述内置镜头对正；所述反射率提取模块用于从降噪后的5个波段分别对应的光谱图像中提取光谱反射率数值；所述主控模块、所述镜头控制模...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋玉柱，刘奕彤，王树文，徐天龙，马昕宇，郭思琪，
申请(专利权)人：东北农业大学，
类型：新型
国别省市：黑龙江,23