專利名稱：歸一化植被指數(shù)主動式光學探測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及歸一化植被指數(shù)測量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種歸一化植被指數(shù)主動式光學探測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
植物葉面在可見光紅光波段有很強的吸收特性，在近紅外波段具有很強的反射特性，因此可以通過這兩個波段測值的不同組合得到不同的植被指數(shù)。歸一化植被指數(shù)(Normalized Difference Vegetation Index, NDVI)被定義為近紅外波段的反射率 Pnir 與紅光波段的反射率Pked之差比上兩者之和，即(Pnik-Pked) / (PNIE+PEED)，與植被的蒸騰作用、光合作用以及地表凈初級生產(chǎn)力等密切相關(guān)，能夠反映出植物冠層的狀況，在植被生長狀態(tài)檢測、植被覆蓋度和消除部分輻射誤差等方面具有廣泛的應用。NDVI被動式檢測方法是 一種傳統(tǒng)方法，之所以稱其為被動式，是因為這種方法是借助于太陽光，通過使用濾波片分別探測太陽光中紅光波段和近紅外波段的初始太陽光強及經(jīng)植被冠層反射回來的太陽光強，通過探測的初始光強和反射光強，分別計算出紅光和近紅外光的反射率，從而獲得植被NDVI的數(shù)值。此方法缺點一方面是依賴太陽光，受到天氣的影響，即使在晴朗天氣情況下，天氣的變化也會影響檢測結(jié)果，而在陰雨天，使用此種方法基本上是無法獲得植被NDVI的數(shù)值。另一方面是使用這類NDVI檢測儀器，其探測器到植被的高度是固定的，這一固定高度變化也會引起NDVI檢測誤差，不利于便攜使用。

實用新型內(nèi)容(一 )要解決的技術(shù)問題本實用新型要解決的技術(shù)問題是如何提高歸一化植被指數(shù)的測量精度。( 二 )技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種歸一化植被指數(shù)主動式光學探測系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括依次連接的控制模塊、光源驅(qū)動模塊、主動光源、分光鏡、信號接收模塊、以及信號處理模塊，所述控制模塊與所述信號處理模塊連接，所述光源驅(qū)動模塊在所述控制模塊的控制下，對所述主動光源進行驅(qū)動，使所述主動光源發(fā)出紅光或近紅外光，所述分光鏡將所述主動光源發(fā)出的光分為兩條光路，第一光路直接由所述信號接收模塊所接收，第二光路照射至待測植被后，由所述待測植被反射至所述信號接收模塊所接收，所述信號處理模塊對所述信號接收模塊產(chǎn)生的信號進行處理，并將處理結(jié)果發(fā)送至所述控制模塊，所述控制模塊根據(jù)所述處理結(jié)果計算歸一化植被指數(shù)。優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括與所述控制模塊連接的顯示模塊，所述顯示模塊用于顯示計算出的歸一化植被指數(shù)。優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括電源模塊，所述電源模塊為所述控制模塊、光源驅(qū)動模塊、信號處理模塊、以及顯示模塊進行供電。[0010]優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括設(shè)有狹縫的擋光板，所述狹縫設(shè)于所述第二光路上、且位于所述待測植被至所述信號接收模塊之間。優(yōu)選地，所述第一光路上、且位于所述分光鏡和所述信號接收模塊之間設(shè)有第一聚光鏡，所述第二光路上、且位于所述狹縫和所述信號接收模塊之間設(shè)有第二聚光鏡。優(yōu)選地，所述主動光源由并聯(lián)的紅光發(fā)光二極管和近紅外光發(fā)光二極管組成，所述紅光發(fā)光二極管和近紅外光發(fā)光二極管至所述分光鏡的光路上分別設(shè)有第三聚光鏡。優(yōu)選地，所述信號接收模塊由兩個并聯(lián)的光敏二極管組成、并分別接收所述第一光路和第二光路。優(yōu)選地，所述分光鏡為透射與反射比例為I : I的立體型鏡片。
(三)有益效果本實用新型通過設(shè)置的各個模塊實現(xiàn)了對歸一化植被指數(shù)的測量，提高了歸一化植被指數(shù)的測量精度。

圖I是按照本實用新型一種實施方式的歸一化植被指數(shù)主動式光學探測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是按照本實用新型一種實施例的歸一化植被指數(shù)主動式光學探測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例，對本實用新型的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的范圍。圖I是按照本實用新型一種實施方式的歸一化植被指數(shù)主動式光學探測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；參照圖1，本實施方式的系統(tǒng)包括依次連接的控制模塊、光源驅(qū)動模塊、主動光源、分光鏡、信號接收模塊、以及信號處理模塊，所述控制模塊與所述信號處理模塊連接，所述光源驅(qū)動模塊在所述控制模塊的控制下，對所述主動光源進行驅(qū)動，使所述主動光源發(fā)出紅光或近紅外光，所述分光鏡將所述主動光源發(fā)出的光分為兩條光路，第一光路直接由所述信號接收模塊所接收，第二光路照射至待測植被后，由所述待測植被反射至所述信號接收模塊所接收，所述信號處理模塊對所述信號接收模塊產(chǎn)生的信號進行處理，并將處理結(jié)果發(fā)送至所述控制模塊，所述控制模塊根據(jù)所述處理結(jié)果計算歸一化植被指數(shù)。為便于直觀地觀測測量結(jié)果，優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括與所述控制模塊連接的顯示模塊，所述顯示模塊用于顯示計算出的歸一化植被指數(shù)。優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括電源模塊，所述電源模塊為所述控制模塊、光源驅(qū)動模塊、信號處理模塊、以及顯示模塊進行供電。優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括設(shè)有狹縫的擋光板，所述狹縫設(shè)于所述第二光路上、且位于所述待測植被至所述信號接收模塊之間，實現(xiàn)了在一定范圍內(nèi)，當信號接收模塊距離待測植的高度發(fā)生變化時，保證通過狹縫的光的強度基本上是一致的，從而降低不同使用者引起的高度不同帶來的誤差。[0025]優(yōu)選地，所述第一光路上、且位于所述分光鏡和所述信號接收模塊之間設(shè)有第一聚光鏡，所述第二光路上、且位于所述狹縫和所述信號接收模塊之間設(shè)有第二聚光鏡。優(yōu)選地，所述主動光源由并聯(lián)的紅光發(fā)光二極管和近紅外光發(fā)光二極管組成，所述紅光發(fā)光二極管和近紅外光發(fā)光二極管至所述分光鏡的光路上分別設(shè)有第三聚光鏡。優(yōu)選地，所述信號接收模塊由兩個并聯(lián)的光敏二極管組成、并分別接收所述第一光路和第二光路。優(yōu)選地，所述分光鏡為透射與反射比例為I : I的立體型鏡片。 實施例參照圖2，本實施例中，控制模塊為微控制單元(Micro Control Unit, MCU)、且選用功能強大的C8051F040單片機。所述主動光源由并聯(lián)的紅光發(fā)光二極管和近紅外光發(fā)光二極管組成，所述光源驅(qū)動模塊，用于為紅光發(fā)光二極管和近紅外光發(fā)光二極管提供恒定的驅(qū)動電流，恒流驅(qū)動電流的電流供應電路的導通與截止受控制模塊提供的脈沖(PWM)信號控制，以實現(xiàn)順序地驅(qū)動紅光發(fā)光二極管和近紅外光發(fā)光二極管。所述光源驅(qū)動模塊在所述控制模塊的控制下，對所述主動光源進行驅(qū)動，使所述主動光源發(fā)出紅光或近紅外光，所述紅光發(fā)光二極管和近紅外光發(fā)光二極管至所述分光鏡(所述分光鏡為透射與反射比例為I : I的立體型鏡片)的光路上分別設(shè)有第三聚光鏡，所述主動光源發(fā)出的光經(jīng)過所述第三聚光鏡后，在要求距離內(nèi)可以輸出直徑為3 5mm的光斑，所述分光鏡將所述主動光源發(fā)出的光分為兩條光路，第一光路直接由所述信號接收模塊所接收，第二光路照射至待測植被后，由所述待測植被反射至所述信號接收模塊所接收。所述信號接收模塊由兩個并聯(lián)的光敏二極管組成、并分別接收所述第一光路和第二光路。所述兩個并聯(lián)的光敏二極管分別接收到第一光路和第二光路后，產(chǎn)生相應的電流信號，所述信號處理模塊對所述電流信號進行電流/電壓轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果發(fā)送至所述控制模塊，所述控制模塊對所述轉(zhuǎn)換結(jié)果進行暫存，并根據(jù)所述轉(zhuǎn)換結(jié)果計算歸一化植被指數(shù)。由于通過所述信號接收模塊接收到的紅光或近紅外光均摻雜了自然光，所述控制模塊在進行歸一化植被指數(shù)時，需要去除所述轉(zhuǎn)換結(jié)果的自然光部分，因此，所述控制模塊需要在所述主動光源未發(fā)出光時，獲得所述兩個并聯(lián)的光敏二極管(分別稱為第一光敏二極管和第二光敏二極管，第一光敏二極管接收第一光路，第二光敏二極管接收第二光路)的原始電流信號(該電流信號與自然光對應)，所述歸一化植被指數(shù)NDVI的計算公式為NDVI = (Pnie-Peed) / (PNIE+PEED)，其中，Pnie為近紅外波段的反射率，Pked為紅光波段的反射率，Pnie = (Vei-Vye)/(Vti-Vyt),Peed = (Ve2-Vye)/(Vt2-Vyt),Vn 為第一光敏二極管接收到近紅外光的第一光路所產(chǎn)生的電流信號經(jīng)轉(zhuǎn)換后獲得的電壓信號，Vki為第二光敏二極管接收到近紅外光的第二光路所產(chǎn)生的電流信號經(jīng)轉(zhuǎn)換后獲得的電壓信號，Vyk為第一光敏二極管接收到自然光所產(chǎn)生的電流信號經(jīng)轉(zhuǎn)換后獲得的電壓信號，Vyt為第二光敏二極管接收到自然光所產(chǎn)生的電流信號經(jīng)轉(zhuǎn)換后獲得的電壓信號，Vt2為第一光敏二極管接收到紅光的第一光路所產(chǎn)生的電流信號經(jīng)轉(zhuǎn)換后獲得的電壓信號，Vk2為第二光敏二極管接收到紅光的第二光路所產(chǎn)生的電流信號經(jīng)轉(zhuǎn)換后獲得的電壓信號。[0034]電源模塊選擇蓄電池作為總供電源，使用金升陽公司W(wǎng)RA-ZP-6W及AdvancedMonolithic Systems公司的AMS1117-3. 3為系統(tǒng)中的電路提供所需的±12V及+3. 3V直流穩(wěn)壓電壓。以上實施方式僅用于說明本實用新型，而并非對本實用新型的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本實用新型的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本實用新型的范疇，本實用新型的專利保護范圍應 由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求1.一種歸一化植被指數(shù)主動式光學探測系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括依次連接的控制模塊、光源驅(qū)動模塊、主動光源、分光鏡、信號接收模塊、以及信號處理模塊，所述控制模塊與所述信號處理模塊連接， 所述光源驅(qū)動模塊在所述控制模塊的控制下，對所述主動光源進行驅(qū)動，使所述主動光源發(fā)出紅光或近紅外光，所述分光鏡將所述主動光源發(fā)出的光分為兩條光路，第一光路直接由所述信號接收模塊所接收，第二光路照射至待測植被后，由所述待測植被反射至所述信號接收模塊所接收，所述信號處理模塊對所述信號接收模塊產(chǎn)生的信號進行處理，并將處理結(jié)果發(fā)送至所述控制模塊，所述控制模塊根據(jù)所述處理結(jié)果計算歸一化植被指數(shù)。
2.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括與所述控制模塊連接的顯示模塊，所述顯示模塊用于顯示計算出的歸一化植被指數(shù)。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括電源模塊，所述電源模塊為所述控制模塊、光源驅(qū)動模塊、信號處理模塊、以及顯示模塊進行供電。
4.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括設(shè)有狹縫的擋光板，所述狹縫設(shè)于所述第二光路上、且位于所述待測植被至所述信號接收模塊之間。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一光路上、且位于所述分光鏡和所述信號接收模塊之間設(shè)有第一聚光鏡，所述第二光路上、且位于所述狹縫和所述信號接收模塊之間設(shè)有第二聚光鏡。
6.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述主動光源由并聯(lián)的紅光發(fā)光二極管和近紅外光發(fā)光二極管組成，所述紅光發(fā)光二極管和近紅外光發(fā)光二極管至所述分光鏡的光路上分別設(shè)有第三聚光鏡。
7.如權(quán)利要求I 6中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述信號接收模塊由兩個并聯(lián)的光敏二極管組成、并分別接收所述第一光路和第二光路。
8.如權(quán)利要求I 6中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述分光鏡為透射與反射比例為I : I的立體型鏡片。
專利摘要本實用新型公開了一種歸一化植被指數(shù)主動式光學探測系統(tǒng)，涉及歸一化植被指數(shù)測量技術(shù)領(lǐng)域，所述系統(tǒng)包括依次連接的控制模塊、光源驅(qū)動模塊、主動光源、分光鏡、信號接收模塊、以及信號處理模塊。本實用新型通過設(shè)置的各個模塊實現(xiàn)了對歸一化植被指數(shù)的測量，提高了歸一化植被指數(shù)的測量精度。
文檔編號G01N21/55GK202631426SQ20122015965
公開日2012年12月26日 申請日期2012年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月13日
發(fā)明者矯雷子, 董大明, 鄭文剛, 趙賢德, 單飛飛, 張石銳, 王朋飛, 鮑鋒, 吳文彪 申請人:北京農(nóng)業(yè)智能裝備技術(shù)研究中心