专利名称：归一化植被指数主动式光学探测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及归一化植被指数测量技术领域，特别涉及一种归一化植被指数主动式光学探测系统。
背景技术：
植物叶面在可见光红光波段有很强的吸收特性，在近红外波段具有很强的反射特性，因此可以通过这两个波段测值的不同组合得到不同的植被指数。归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index, NDVI)被定义为近红外波段的反射率 Pnir 与红光波段的反射率Pked之差比上两者之和，即(Pnik-Pked) / (PNIE+PEED)，与植被的蒸腾作用、光合作用以及地表净初级生产力等密切相关，能够反映出植物冠层的状况，在植被生长状态检测、植被覆盖度和消除部分辐射误差等方面具有广泛的应用。NDVI被动式检测方法是 一种传统方法，之所以称其为被动式，是因为这种方法是借助于太阳光，通过使用滤波片分别探测太阳光中红光波段和近红外波段的初始太阳光强及经植被冠层反射回来的太阳光强，通过探测的初始光强和反射光强，分别计算出红光和近红外光的反射率，从而获得植被NDVI的数值。此方法缺点一方面是依赖太阳光，受到天气的影响，即使在晴朗天气情况下，天气的变化也会影响检测结果，而在阴雨天，使用此种方法基本上是无法获得植被NDVI的数值。另一方面是使用这类NDVI检测仪器，其探测器到植被的高度是固定的，这一固定高度变化也会引起NDVI检测误差，不利于便携使用。
实用新型内容(一 )要解决的技术问题本实用新型要解决的技术问题是如何提高归一化植被指数的测量精度。( 二 )技术方案为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种归一化植被指数主动式光学探测系统，所述系统包括依次连接的控制�？�、光源驱动�？�、主动光源、分光镜、信号接收�？�、以及信号处理�？椋隹刂颇？橛胨鲂藕糯砟？榱樱龉庠辞？樵谒隹刂颇？榈目刂葡拢运鲋鞫庠唇星顾鲋鞫庠捶⒊龊旃饣蚪焱夤猓龇止饩到鲋鞫庠捶⒊龅墓夥治教豕饴罚谝还饴分苯佑伤鲂藕沤邮漳？樗邮眨诙饴氛丈渲链庵脖缓螅伤龃庵脖环瓷渲了鲂藕沤邮漳？樗邮眨鲂藕糯砟？槎运鲂藕沤邮漳？椴男藕沤写恚⒔斫峁⑺椭了隹刂颇？椋隹刂颇？楦菟龃斫峁扑愎橐换脖恢甘Ｓ叛〉兀鱿低郴拱ㄓ胨隹刂颇？榱拥南允灸？椋鱿允灸？橛糜谙允炯扑愠龅墓橐换脖恢甘�。优选地，所述系统还包括电源�？椋龅缭茨？槲隹刂颇？�、光源驱动�？�、信号处理�？�、以及显示�？榻泄┑�。[0010]优选地，所述系统还包括设有狭缝的挡光板，所述狭缝设于所述第二光路上、且位于所述待测植被至所述信号接收�？橹�。优选地，所述第一光路上、且位于所述分光镜和所述信号接收�？橹渖栌械谝痪酃饩担龅诙饴飞�、且位于所述狭缝和所述信号接收�？橹渖栌械诙酃饩怠Ｓ叛〉兀鲋鞫庠从刹⒘暮旃夥⒐舛芎徒焱夤夥⒐舛茏槌桑龊旃夥⒐舛芎徒焱夤夥⒐舛苤了龇止饩档墓饴飞戏直鹕栌械谌酃饩�。优选地，所述信号接收�？橛闪礁霾⒘墓饷舳茏槌�、并分别接收所述第一光路和第二光路。优选地，所述分光镜为透射与反射比例为I : I的立体型镜片。
(三)有益效果本实用新型通过设置的各个�？槭迪至硕怨橐换脖恢甘牟饬浚岣吡斯橐换脖恢甘牟饬烤�。
图I是按照本实用新型一种实施方式的归一化植被指数主动式光学探测系统的结构框图；图2是按照本实用新型一种实施例的归一化植被指数主动式光学探测系统的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式
作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。图I是按照本实用新型一种实施方式的归一化植被指数主动式光学探测系统的结构框图；参照图1，本实施方式的系统包括依次连接的控制�？�、光源驱动�？�、主动光源、分光镜、信号接收模块、以及信号处理�？椋隹刂颇？橛胨鲂藕糯砟？榱樱龉庠辞？樵谒隹刂颇？榈目刂葡拢运鲋鞫庠唇星顾鲋鞫庠捶⒊龊旃饣蚪焱夤猓龇止饩到鲋鞫庠捶⒊龅墓夥治教豕饴罚谝还饴分苯佑伤鲂藕沤邮漳？樗邮眨诙饴氛丈渲链庵脖缓螅伤龃庵脖环瓷渲了鲂藕沤邮漳？樗邮眨鲂藕糯砟？槎运鲂藕沤邮漳？椴男藕沤写恚⒔斫峁⑺椭了隹刂颇？椋隹刂颇？楦菟龃斫峁扑愎橐换脖恢甘�。为便于直观地观测测量结果，优选地，所述系统还包括与所述控制�？榱拥南允灸？椋鱿允灸？橛糜谙允炯扑愠龅墓橐换脖恢甘�。优选地，所述系统还包括电源�？椋龅缭茨？槲隹刂颇？�、光源驱动�？�、信号处理�？�、以及显示�？榻泄┑�。优选地，所述系统还包括设有狭缝的挡光板，所述狭缝设于所述第二光路上、且位于所述待测植被至所述信号接收�？橹洌迪至嗽谝欢ǚ段冢毙藕沤邮漳？榫嗬氪庵驳母叨确⑸浠保Ｖねü练斓墓獾那慷然旧鲜且恢碌模佣档筒煌褂谜咭鸬母叨炔煌吹奈蟛�。[0025]优选地，所述第一光路上、且位于所述分光镜和所述信号接收�？橹渖栌械谝痪酃饩担龅诙饴飞�、且位于所述狭缝和所述信号接收模块之间设有第二聚光镜。优选地，所述主动光源由并联的红光发光二极管和近红外光发光二极管组成，所述红光发光二极管和近红外光发光二极管至所述分光镜的光路上分别设有第三聚光镜。优选地，所述信号接收�？橛闪礁霾⒘墓饷舳茏槌伞⒉⒎直鸾邮账龅谝还饴泛偷诙饴�。优选地，所述分光镜为透射与反射比例为I : I的立体型镜片。 实施例参照图2，本实施例中，控制�？槲⒖刂频ピ�(Micro Control Unit, MCU)、且选用功能强大的C8051F040单片机。所述主动光源由并联的红光发光二极管和近红外光发光二极管组成，所述光源驱动模块，用于为红光发光二极管和近红外光发光二极管提供恒定的驱动电流，恒流驱动电流的电流供应电路的导通与截止受控制�？樘峁┑穆龀�(PWM)信号控制，以实现顺序地驱动红光发光二极管和近红外光发光二极管。所述光源驱动模块在所述控制�？榈目刂葡拢运鲋鞫庠唇星顾鲋鞫庠捶⒊龊旃饣蚪焱夤猓龊旃夥⒐舛芎徒焱夤夥⒐舛苤了龇止饩�(所述分光镜为透射与反射比例为I : I的立体型镜片)的光路上分别设有第三聚光镜，所述主动光源发出的光经过所述第三聚光镜后，在要求距离内可以输出直径为3 5mm的光斑，所述分光镜将所述主动光源发出的光分为两条光路，第一光路直接由所述信号接收�？樗邮眨诙饴氛丈渲链庵脖缓螅伤龃庵脖环瓷渲了鲂藕沤邮漳？樗邮�。所述信号接收模块由两个并联的光敏二极管组成、并分别接收所述第一光路和第二光路。所述两个并联的光敏二极管分别接收到第一光路和第二光路后，产生相应的电流信号，所述信号处理�？槎运龅缌餍藕沤械缌�/电压转换，并将转换结果发送至所述控制�？椋隹刂颇？槎运鲎唤峁性荽妫⒏菟鲎唤峁扑愎橐换脖恢甘�。由于通过所述信号接收�？榻邮盏降暮旃饣蚪焱夤饩粼恿俗匀还猓隹刂颇？樵诮泄橐换脖恢甘保枰コ鲎唤峁淖匀还獠糠郑虼耍隹刂颇？樾枰谒鲋鞫庠次捶⒊龉馐保竦盟隽礁霾⒘墓饷舳�(分别称为第一光敏二极管和第二光敏二极管，第一光敏二极管接收第一光路，第二光敏二极管接收第二光路)的原始电流信号(该电流信号与自然光对应)，所述归一化植被指数NDVI的计算公式为NDVI = (Pnie-Peed) / (PNIE+PEED)，其中，Pnie为近红外波段的反射率，Pked为红光波段的反射率，Pnie = (Vei-Vye)/(Vti-Vyt),Peed = (Ve2-Vye)/(Vt2-Vyt),Vn 为第一光敏二极管接收到近红外光的第一光路所产生的电流信号经转换后获得的电压信号，Vki为第二光敏二极管接收到近红外光的第二光路所产生的电流信号经转换后获得的电压信号，Vyk为第一光敏二极管接收到自然光所产生的电流信号经转换后获得的电压信号，Vyt为第二光敏二极管接收到自然光所产生的电流信号经转换后获得的电压信号，Vt2为第一光敏二极管接收到红光的第一光路所产生的电流信号经转换后获得的电压信号，Vk2为第二光敏二极管接收到红光的第二光路所产生的电流信号经转换后获得的电压信号。[0034]电源模块选择蓄电池作为总供电源，使用金升阳公司WRA-ZP-6W及AdvancedMonolithic Systems公司的AMS1117-3. 3为系统中的电路提供所需的±12V及+3. 3V直流稳压电压。以上实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应 由权利要求限定。
权利要求1.一种归一化植被指数主动式光学探测系统，其特征在于，所述系统包括依次连接的控制�？�、光源驱动�？�、主动光源、分光镜、信号接收�？�、以及信号处理�？椋隹刂颇？橛胨鲂藕糯砟？榱樱� 所述光源驱动�？樵谒隹刂颇？榈目刂葡拢运鲋鞫庠唇星顾鲋鞫庠捶⒊龊旃饣蚪焱夤猓龇止饩到鲋鞫庠捶⒊龅墓夥治教豕饴罚谝还饴分苯佑伤鲂藕沤邮漳？樗邮眨诙饴氛丈渲链庵脖缓螅伤龃庵脖环瓷渲了鲂藕沤邮漳？樗邮眨鲂藕糯砟？槎运鲂藕沤邮漳？椴男藕沤写恚⒔斫峁⑺椭了隹刂颇？椋隹刂颇？楦菟龃斫峁扑愎橐换脖恢甘�。
2.如权利要求I所述的系统，其特征在于，所述系统还包括与所述控制�？榱拥南允灸？椋鱿允灸？橛糜谙允炯扑愠龅墓橐换脖恢甘�。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括电源模块，所述电源�？槲隹刂颇？椤⒐庠辞？�、信号处理模块、以及显示�？榻泄┑�。
4.如权利要求I所述的系统，其特征在于，所述系统还包括设有狭缝的挡光板，所述狭缝设于所述第二光路上、且位于所述待测植被至所述信号接收�？橹�。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第一光路上、且位于所述分光镜和所述信号接收�？橹渖栌械谝痪酃饩担龅诙饴飞�、且位于所述狭缝和所述信号接收�？橹渖栌械诙酃饩�。
6.如权利要求I所述的系统，其特征在于，所述主动光源由并联的红光发光二极管和近红外光发光二极管组成，所述红光发光二极管和近红外光发光二极管至所述分光镜的光路上分别设有第三聚光镜。
7.如权利要求I 6中任一项所述的系统，其特征在于，所述信号接收�？橛闪礁霾⒘墓饷舳茏槌�、并分别接收所述第一光路和第二光路。
8.如权利要求I 6中任一项所述的系统，其特征在于，所述分光镜为透射与反射比例为I : I的立体型镜片。
专利摘要本实用新型公开了一种归一化植被指数主动式光学探测系统，涉及归一化植被指数测量技术领域，所述系统包括依次连接的控制�？�、光源驱动�？�、主动光源、分光镜、信号接收�？�、以及信号处理�？�。本实用新型通过设置的各个�？槭迪至硕怨橐换脖恢甘牟饬浚岣吡斯橐换脖恢甘牟饬烤�。
文档编号G01N21/55GK202631426SQ20122015965
公开日2012年12月26日 申请日期2012年4月13日 优先权日2012年4月13日
发明者矫雷子, 董大明, 郑文刚, 赵贤德, 单飞飞, 张石锐, 王朋飞, 鲍锋, 吴文彪 申请人:北京农业智能装备技术研究中心
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