農(nóng)用便攜式一體化光譜裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種農(nóng)用便攜式一體化光譜裝置，包含實(shí)物圖像獲取組件、光譜圖像獲取組件和CCD傳感器。實(shí)物圖像獲取組件包含反射鏡、成像透鏡和反射鏡組，光譜圖像獲取組件包含半透半反鏡、成像透鏡、光闌、準(zhǔn)直鏡、衍射光柵和反射鏡組。實(shí)物圖像獲取組件和光譜圖像獲取組件的最后光線經(jīng)過(guò)反射鏡組改變光路后照射在CCD傳感器上，從而同時(shí)獲得農(nóng)作物的實(shí)物圖像與光譜圖像。本實(shí)用新型在獲取農(nóng)作物生長(zhǎng)照片的同時(shí)獲取其生長(zhǎng)光譜數(shù)據(jù)，將可以利用光譜圖像信息完成農(nóng)作物病蟲害識(shí)別及獲取長(zhǎng)勢(shì)判斷等有用信息。此外，本實(shí)用新型體積小方便于攜帶，一體化方便田間使用，成本低便于大范圍推廣。
【專利說(shuō)明】農(nóng)用便攜式一體化光譜裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及光學(xué)成像【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是涉及一種利用半透半反鏡、反射鏡、光闌、成像透鏡、準(zhǔn)直鏡、衍射光柵、光學(xué)棱鏡和CCD傳感器通過(guò)對(duì)光線處理獲得農(nóng)作物實(shí)物圖像和光譜圖像的成像裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]農(nóng)作物生長(zhǎng)信息的獲取一直是農(nóng)作物生產(chǎn)過(guò)程中的重要因素。傳統(tǒng)的獲取方法是采用數(shù)碼相機(jī)捕捉對(duì)象的實(shí)物圖像，在實(shí)驗(yàn)室再進(jìn)行對(duì)比與分析。這種方法無(wú)法獲得準(zhǔn)確可靠的農(nóng)作物生長(zhǎng)情況信息:一是相機(jī)拍攝的測(cè)試目標(biāo)的實(shí)物圖像可辨識(shí)度依賴于圖像捕獲位置的照明條件，若圖像捕獲位置的照明條件不良，目標(biāo)實(shí)物圖像的可辨識(shí)度會(huì)大大下降，對(duì)圖像的分析也會(huì)受到很大影響；二是數(shù)碼相機(jī)僅僅提供目標(biāo)的實(shí)物圖像，未提供目標(biāo)的光譜圖像，并不能完全體現(xiàn)其內(nèi)部病害的變化；此外，現(xiàn)有的數(shù)碼相機(jī)與光譜探測(cè)儀是分離的，同時(shí)兩者很不方便，體積大且操作繁瑣。
[0003]光譜成像技術(shù)結(jié)合了空間成像系統(tǒng)和光譜探測(cè)系統(tǒng)的功能，可以同時(shí)從光譜維和空間維獲取被測(cè)目標(biāo)的信息。在農(nóng)業(yè)工程中，多應(yīng)用在作物病害診斷、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測(cè)、作物生長(zhǎng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)等。因此，如何設(shè)計(jì)出一種能夠同時(shí)獲取農(nóng)作物實(shí)物圖像與光譜圖像，且便于攜帶的裝置，正是實(shí)用新型人所面臨的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供一種農(nóng)用便攜式一體化光譜裝置，該光譜裝置通過(guò)采集植株的圖像信息，提供實(shí)時(shí)的實(shí)物圖像和光譜圖像，極大地提高采集農(nóng)作物生長(zhǎng)信息的效率。
[0005]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是:一種農(nóng)用便攜式一體化光譜裝置，包含光譜圖像獲取組件、實(shí)物圖像獲取組件和CXD傳感器，光譜圖像獲取組件的光軸與實(shí)物圖像獲取組件的光軸平行且不重合，光譜圖像獲取組件由半透半反鏡、第一成像透鏡、光闌、準(zhǔn)直鏡、衍射光柵、第二成像透鏡和第一反射鏡組組成，上述光譜圖像獲取組件的各部件共光軸依次排列；實(shí)物圖像獲取組件由第一反射鏡、第三成像透鏡和第二反射鏡組組成，上述實(shí)物圖像獲取組件的各部件沿共光軸依次排列；(XD傳感器置于第一反射鏡組和第二反射鏡組之后，并能接收來(lái)自第一反射鏡組和第二反射鏡組的光。
[0006]攜帶農(nóng)作物圖像信息的光經(jīng)過(guò)半透半反鏡后分為兩束，一束為透射光，一束為反射光，透射光經(jīng)過(guò)第一成像透鏡成像后出射，其出射的光經(jīng)過(guò)光闌后進(jìn)入準(zhǔn)直鏡，光路變準(zhǔn)直后經(jīng)過(guò)衍射光柵后進(jìn)入第二成像透鏡成像，再經(jīng)過(guò)第一反射鏡組改變光路后被CXD傳感器接收。
[0007]半透半反鏡與光譜圖像獲取組件的光軸的夾角為45±5度。
[0008]第一反射鏡組由第二反射鏡和第三反射鏡組成，第二反射鏡和第三反射鏡平行，經(jīng)第二成像透鏡出射的光經(jīng)第二反射鏡反射到第三反射鏡，再被第三反射鏡反射，被CXD傳感器接收。
[0009]第二反射鏡組由第四反射鏡和第五反射鏡組成，第四反射鏡和第五反射鏡平行，經(jīng)第三成像透鏡出射的光經(jīng)第四反射鏡反射到第五反射鏡，再被第五反射鏡反射，被CXD傳感器接收。
[0010]半透半反鏡與第一反射鏡平行。
[0011]反射光被第一反射鏡接收反射到第三成像透鏡，經(jīng)第三成像透鏡出射的光經(jīng)過(guò)第二反射鏡組改變光路后被CXD傳感器接收。
[0012]本實(shí)用新型的有益效果是:同時(shí)獲得目標(biāo)植株的實(shí)物圖像與光譜圖像，為監(jiān)測(cè)農(nóng)作物生長(zhǎng)情況提供外部圖像與光譜信息，可為農(nóng)作物的病蟲害診斷提供分析數(shù)據(jù)；此外，本實(shí)用新型將實(shí)物圖像與光譜圖像的獲得合二為一，避免再攜帶繁重的光譜檢測(cè)裝置，且體積小方便攜帶，一體化方便田間使用。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本實(shí)用新型而不用于限制本實(shí)用新型的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本實(shí)用新型講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本實(shí)用新型作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落在申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0015]如圖1所示，一種農(nóng)用便攜式一體化光譜裝置，包含光譜圖像獲取組件、實(shí)物圖像獲取組件和CXD傳感器11，光譜圖像獲取組件的光軸與實(shí)物圖像獲取組件的光軸平行且不重合。光譜圖像獲取組件由半透半反鏡1、第一成像透鏡3、光闌4、準(zhǔn)直鏡5、衍射光柵6、第二成像透鏡7和第一反射鏡組9組成，上述光譜圖像獲取組件的各部件共光軸依次排列；實(shí)物圖像獲取組件由第一反射鏡2、第三成像透鏡8和第二反射鏡組10組成，上述實(shí)物圖像獲取組件的各部件沿共光軸依次排列；(XD傳感器11置于第一反射鏡組9和第二反射鏡組10之后，并能接收來(lái)自第一反射鏡組9和第二反射鏡組10的光。
[0016]半透半反鏡I與光譜圖像獲取組件的光軸夾角為45度，半透半反鏡I和第一反射鏡2平行放置。
[0017]攜帶農(nóng)作物圖像信息的光經(jīng)過(guò)半透半反鏡I后分為兩束，一束為透射光，一束為反射光。透射光成為光譜圖像的光線來(lái)源。反射光改變路徑后經(jīng)過(guò)第一反射鏡2反射后再次改變路徑，成為實(shí)物圖像的光線來(lái)源。
[0018]半透半反鏡I透射的透射光構(gòu)成光譜圖像的光線來(lái)源。光線經(jīng)過(guò)第一成像透鏡3后，光闌4對(duì)進(jìn)入的光線進(jìn)行限制來(lái)控制成像范圍改善圖像質(zhì)量，光闌4可采用ZT-GL22可調(diào)光闌，通光孔徑調(diào)整范圍為Φ 1.2mm — Φ22mm，外徑36mm，厚度6mm，葉片數(shù)10片。經(jīng)過(guò)光闌4后光線經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直鏡5將光束變得準(zhǔn)直，再經(jīng)過(guò)衍射光柵6后，出射光經(jīng)過(guò)第二成像透鏡7后進(jìn)入第一反射鏡組9。
[0019]第一反射鏡組(9)由第二反射鏡9-1和第三反射鏡9-2組成，第二反射鏡9_1和第三反射鏡9-2平行，第二反射鏡9-1和第三反射鏡9-2與光譜圖像獲取組件的光軸夾角均為45度，經(jīng)第二成像透鏡7出射的光經(jīng)第二反射鏡9-1反射到第三反射鏡9-2，再被第三反射鏡9-2反射，被CXD傳感器11接收。
[0020]經(jīng)過(guò)第一反射鏡2再次反射的反射光構(gòu)成實(shí)物圖像的光線來(lái)源。反射光經(jīng)過(guò)第三成像透鏡8出射的光進(jìn)入第二反射鏡組10。
[0021]第二反射鏡組10由第四反射鏡10-1和第五反射鏡10-2組成，第四反射鏡10_1和第五反射鏡10-2平行，第四反射鏡10-1和第五反射鏡10-2與實(shí)物圖像獲取組件的光軸夾角均為45度，經(jīng)第三成像透鏡8出射的光經(jīng)第四反射鏡10-1反射到第五反射鏡10-2，再被第五反射鏡10-2反射,被(XD傳感器11接收。
[0022]CXD傳感器11可采用T⑶2700C，感光單元數(shù)量為7500個(gè)X 3行，感光單元大小為SymXSum (相鄰像元中心距為8 μ m)，CXD傳感器11接收來(lái)自第二反射鏡組10和第一反射鏡組9的光線，形成既有實(shí)物圖像又有光譜圖像的圖像。
【權(quán)利要求】
1.一種農(nóng)用便攜式一體化光譜裝置，其特征在于:包含光譜圖像獲取組件、實(shí)物圖像獲取組件和CXD傳感器(11)，光譜圖像獲取組件的光軸與實(shí)物圖像獲取組件的光軸平行且不重合，光譜圖像獲取組件由半透半反鏡(I)、第一成像透鏡(3)、光闌(4)、準(zhǔn)直鏡(5)、衍射光柵出)、第二成像透鏡(7)和第一反射鏡組(9)組成，上述光譜圖像獲取組件的各部件共光軸依次排列；實(shí)物圖像獲取組件由第一反射鏡(2)、第三成像透鏡(8)和第二反射鏡組(10)組成，上述實(shí)物圖像獲取組件的各部件沿共光軸依次排列；(XD傳感器(11)置于第一反射鏡組(9)和第二反射鏡組(10)之后，并能接收來(lái)自第一反射鏡組(9)和第二反射鏡組(10)的光； 攜帶農(nóng)作物圖像信息的光經(jīng)過(guò)半透半反鏡(I)后分為兩束，一束為透射光，一束為反射光，透射光經(jīng)過(guò)第一成像透鏡(3)成像后出射，其出射的光經(jīng)過(guò)光闌(4)后進(jìn)入準(zhǔn)直鏡(5)，光路變準(zhǔn)直后經(jīng)過(guò)衍射光柵(6)后進(jìn)入第二成像透鏡(7)成像，再經(jīng)過(guò)第一反射鏡組(9)改變光路后被CCD傳感器(11)接收； 反射光被第一反射鏡(2)接收反射到第三成像透鏡(8)，經(jīng)第三成像透鏡(8)出射的光經(jīng)過(guò)第二反射鏡組(10)改變光路后被CCD傳感器(11)接收。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的農(nóng)用便攜式一體化光譜裝置，其特征在于:半透半反鏡(I)與光譜圖像獲取組件的光軸的夾角為45±5度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的農(nóng)用便攜式一體化光譜裝置，其特征在于:第一反射鏡組(9)由第二反射鏡(9-1)和第二反射鏡(9-2)組成,第二反射鏡(9-1)和第二反射鏡(9-2)平行，經(jīng)第二成像透鏡(7)出射的光經(jīng)第二反射鏡(9-1)反射到第三反射鏡(9-2)，再被第三反射鏡(9-2)反射，被CXD傳感器(11)接收。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的農(nóng)用便攜式一體化光譜裝置，其特征在于:第二反射鏡組(10)由第四反射鏡(10-1)和第五反射鏡(10-2)組成，第四反射鏡(10-1)和第五反射鏡(10-2)平行，經(jīng)第三成像透鏡(8)出射的光經(jīng)第四反射鏡(10-1)反射到第五反射鏡(10-2)，再被第五反射鏡(10-2)反射，被CXD傳感器(11)接收。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的農(nóng)用便攜式一體化光譜裝置，其特征在于:半透半反鏡(I)與第一反射鏡(2)平行。
【文檔編號(hào)】G01J3/28GK203629682SQ201320736545
【公開日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2013年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月19日
【發(fā)明者】楊余旺, 宗精學(xué), 趙煒, 汪文娟 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)