土壤多光譜信息采集裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及圖像采集技術，尤其涉及一種用于土壤的多光譜信息采集裝置。
【背景技術】
[0002]“精細農(nóng)業(yè)”是未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要方向，主要包括三個方面:一是采集田間農(nóng)作物的長勢信息，生成作物長勢分布圖；二是獲取田間農(nóng)作物生長條件的時空差異信息，例如田間地形、地貌、土壤類型、肥力和墑情等，并結合田間農(nóng)作物的長勢分布信息，通過集成農(nóng)作物生長發(fā)育模擬模型，投入、產(chǎn)出模擬模型和農(nóng)作物管理專家知識庫等建立的農(nóng)作物管理輔助決策支持系統(tǒng)，在決策者的參與下生成農(nóng)作物管理、變量作業(yè)實施處方圖；三是根據(jù)農(nóng)作物管理、變量作業(yè)實施處方圖生成控制命令，對農(nóng)業(yè)機械的變量作業(yè)進行調(diào)整與控制，實現(xiàn)農(nóng)田作物精細農(nóng)作管理。其中，土壤信息是精細農(nóng)業(yè)技術實踐中的首要環(huán)節(jié)，特別是土壤肥力信息的獲取尤為重要，其是進行精細農(nóng)業(yè)的基礎。
[0003]目前，用于獲取土壤多光譜信息的信息采集裝置主要包括兩大類:高光譜分辨率信息采集裝置和高空間分辨率信息采集裝置和高光譜分辨率信息采集裝置，其中，高光譜分辨率信息采集裝置是采用高光譜傳感器進行信息的采集，高光譜傳感器雖然能較完整的測量出光譜曲線，但每次僅能測量土壤的一個點，效率較低，難以滿足土壤多光譜信息這種大量測量的需要。高空間分辨率信息采集裝置主要包括普通的消費性相機和用于衛(wèi)星的航拍儀器，這類信息采集裝置可以實現(xiàn)較大的分辨率，但是，其僅能對可見光部分的波段進行響應，而無法對近紅外波段進行有效測量，使得在土壤多光譜信息分析時，可靠性較差，結果不準確，且采用衛(wèi)星拍攝時，成本較高，信息獲取具有較大的滯后性；對于以上兩方面的不足，美國GSI公司所推出的MS3100/4100系列產(chǎn)品提供了一種解決方法，可一次獲得紅R、綠G、藍B、近紅外NIR等4個波段中的任意3個，該產(chǎn)品雖然可以得到NIR波段的信息，但是該產(chǎn)品所采用的分光設備的成本很高，在實際應用和推廣的過程中，將有難以預見的困難，而且最多一次只能獲得3個波段的信息，限制了一起的適用范圍；另外，美國Tetracam公司所研制了一種MCA多光譜相機，該光譜相機體積龐大，集成度低，安裝和使用上有諸多不便，且該多光譜相機接口過于單一，靈活性較差，實用性較差，成為其推廣使用的重大阻礙。
[0004]綜上，現(xiàn)有用于土壤多光譜信息采集裝置要么無法對近紅外波段的光譜信息進行采集，導致信息獲取不準確，要么成本高，價格昂貴，信息采集量大，信息采集滯后性大，使得現(xiàn)有信息采集裝置的實用性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型提供一種土壤多光譜信息采集裝置，可有效克服現(xiàn)有技術存在的問題，降低成本，提高土壤多光譜信息采集裝置的實用性。
[0006]本實用新型提供一種土壤多光譜信息采集裝置，包括:中央控制器，以及與所述中央控制器連接的第一采集電路和第二采集電路，其中:
[0007]所述第一采集電路包括:與所述中央控制器連接的第一傳感器驅(qū)動模塊，以及與所述第一傳感器驅(qū)動模塊連接的可見光傳感器，所述可見光傳感器用于采集紅、綠、藍三個波段的土壤光譜信息；
[0008]所述第二采集電路包括:與所述中央控制器連接的第二傳感器驅(qū)動模塊，以及與所述第二傳感器驅(qū)動模塊連接的近紅外傳感器，所述近紅外傳感器用于采集近紅外波段的土壤光譜信息；
[0009]所述中央控制器用于控制所述第一傳感器驅(qū)動模塊和第二傳感器驅(qū)動模塊，以驅(qū)動所述可見光傳感器和近紅外傳感器同步采集土壤光譜信息。
[0010]上述的土壤多光譜信息采集裝置中，所述可見光傳感器為可見光CMOS傳感器；和/或，所述近紅外傳感器為近紅外CMOS傳感器。
[0011]上述的土壤多光譜信息采集裝置還可包括:
[0012]快門按鍵輸入模塊，連接在快門按鍵和中央控制器之間，用于消除快門按鍵按下時的電平抖動，以為所述中央控制器輸入一個有效脈沖信號。
[0013]上述的土壤多光譜信息采集裝置還可包括:
[0014]SDRAM存儲模塊，與所述中央控制器連接，用于一幀土壤光譜信息采集過程中進行信息暫存；
[0015]CF卡存儲模塊，與所述中央控制器連接，用于在一幀土壤光譜信息采集完畢后，在所述中央控制器控制下將暫存在所述SDRAM存儲模塊的一幀土壤光譜信息保存起來。
[0016]上述的土壤多光譜信息采集裝置中，所述中央控制器采用FPGA為核心的控制器。
[0017]本實用新型提供的土壤多光譜信息采集裝置，通過設置可見光傳感器和近紅外傳感器，并通過對該兩個傳感器進行同步控制，可在同一時刻獲得所要采集土壤的紅、綠、藍和近紅外四個波段的土壤光譜信息，可用于土壤多光譜信息的采集中，土壤多光譜信息采集裝置結構簡單，實現(xiàn)方便，成本低，且采集信息方便，可有效提高采集裝置的實用性；同時，本實用新型土壤多光譜信息采集裝置中的中央控制器采用FPGA為核心的控制器，除可以實現(xiàn)采集裝置內(nèi)部復雜和精密的邏輯控制以外，還可以為外部提供更加靈活多樣的控制接口和圖像傳輸接口，解決了接口部分對于多光譜相機的推廣的限制；此外，本實用新型土壤多光譜信息采集裝置通過采用CMOS傳感器，可有效提高圖像的分辨率，減少采集裝置的功耗和圖像失真，提高信息采集的準確性和可靠性，基于本實施例裝置采集的土壤信息可準確反應土壤中有機質(zhì)和水分的含量。
【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型土壤多光譜信息采集裝置實施例的結構示意圖；
[0019]圖2為本實用新型實施例中快門按鍵輸入模塊對信號進行處理的原理示意圖；
[0020]圖3為本實用新型實施例中傳感器驅(qū)動模塊的電路原理結構示意圖；
[0021]圖4為本實用新型實施例整體結構示意圖。
【具體實施方式】
[0022]為使本實用新型實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0023]圖1為本實用新型土壤多光譜信息采集裝置實施例的結構示意圖。如圖1所示，本實施例土壤多光譜信息采集裝置包括:中央控制器1、第一采集電路2和第二采集電路3，所述第一采集電路2和第二采集電路3分別與中央控制器I連接，其中:第一采集電路2包括第一傳感器驅(qū)動模塊21和可見光傳感器22，第一傳感器驅(qū)動模塊21與中央控制器I連接，可見光傳感器22與第一傳感器驅(qū)動模塊21連接，該可見光傳感器22可用于采集紅、綠、藍三個波段的土壤光譜信息；第二采集電路3包括第二傳感器驅(qū)動模塊31和近紅外傳感器32，第二傳感器驅(qū)動模塊31與中央控制器I連接，近紅外傳感器32與第二傳感器驅(qū)動模塊31連接，該近紅外傳感器32可用于采集近紅外波段的土壤光譜信息；中央控制器I用于控制第一傳感器驅(qū)動模塊21和第二傳感器驅(qū)動模塊31，以分別驅(qū)動可見光傳感器22和近紅外傳感器32同步采集土壤光譜信息。本實施例土壤多光譜信息采集裝置可應用于土壤中有機質(zhì)和水分的信息的采集，在進行信息采集時，可通過中央控制器I控制可見光傳感器22和近紅外傳感器32在某一時刻和地點進行信息的同步采集，獲得土壤的紅、綠、藍和近紅外四個波段的空間光譜信息，從而可利用該四個波段的土壤光譜信息生成土壤養(yǎng)分分布圖，以為精細農(nóng)業(yè)實踐提供基礎。
[0024]本實施例中，上述的可見光傳感器22和近紅外傳感器32均可為CMOS傳感器，具體地，可見光傳感器22為可見光CMOS傳感器，近紅外傳感器32為近紅外CMOS傳感器。相對于現(xiàn)有普遍采用CCD傳感器的信息采集裝置，采用CMOS傳感器可具有較高的空間分辨率，較低的功耗和信息失真，可有效保證采集信息的準確性，同時降低能耗?？梢钥闯?，由于CMOS傳感器具有較低的能耗，通過采用COMS傳感器進行空間光譜信息的采集，可有效提高本實施例土壤多光譜信息采集裝置進行信息采集時的續(xù)航能力，可有效應用于土壤中有機質(zhì)和水分的含量信息的采集；同時，由于CMOS傳感器具有較高的空間分辨率和較小的信息失真，使得采集的光譜信息更加準確，可更加真實準確的反應土壤中有機質(zhì)和水分的含量信息，可保證精細農(nóng)業(yè)技術的有效實施。
[0025]本實施例中，上述的可見光CMOS傳感器和近紅外CMOS傳感器的空間分辨率可為1280*1024，以保證土壤養(yǎng)分信息采集時信息的準確性和可靠性。實際應用中，可根據(jù)需要設置合適的空間分辨率，以滿足實際采集和分析的需要，獲得準確的土壤養(yǎng)分信息分布圖。
[0026]本實施例土壤多光譜信息采集裝置的快門采用按鍵的輸入方式，以便用戶可通過按壓快門按鍵進行圖像的采集，當用戶按下快門按鍵時，快門按鍵產(chǎn)生的時刻和持續(xù)時間的長短是隨機不定的，且存在因開關簧片反彈引起的電平抖動現(xiàn)象。為此，本實施例土壤多光譜信息采集裝置還設置有快門按鍵輸入模塊，以便對快門按鍵按下時產(chǎn)生的信號進行處理，具體地，如圖1所示，本實施例土壤多光譜信息采集裝置還可包括有快門按鍵輸入模塊4，與設置在采集裝置上的快門按鍵5和中央控制器I連接，用于消除快門按鍵5按下時的電平抖動，以為中央控制器I輸入一個有效的脈沖信號，從而可有效保證快門按鍵5按下時，中央控制器I可根據(jù)該有效的脈沖信號控制各傳感器工作。
[0027]本實施例中，上述的快門按鍵輸入模塊4具體可以是一個同步消抖電路，以保證采集裝置能夠捕捉到快門按鍵按下時的輸入脈沖，并保證每一次快門按鍵的按下，只形成一個有效的脈沖。
[0028]圖2為本實用新型實施例中快門按鍵輸入模塊對信號進行處理的原理示意圖。在秒表系統(tǒng)中，要求得到寬度為一個外部時鐘信號elk的周期的鍵入脈沖，因此，上述的快門按鍵輸入模塊4的工作原理是:每按一下快門按鍵，快門按鍵輸入模塊4將輸出一個有效的快門脈沖。具體地，如圖2所示，其中shutter為輸入快門按鍵輸入模塊的快門信號，shuttterO為經(jīng)過快門按鍵輸入模塊處理后的輸出信號,該輸出信號shutterO輸出至中央控制器；狀態(tài)控制信號shutter_templ是快門信號shutter在時鐘信號clkl的下降沿進行鎖存的鎖存信號，狀態(tài)控制信號shutter_temp2是狀態(tài)控制信號shutter_templ在時鐘信號clkl的下降沿進行鎖存的鎖存信號，狀態(tài)控制信號ShUtter_temp3是狀態(tài)控