一种植物三维结构及光谱信息的同步测量系统及测量方法技术方案

本发明专利技术实施例提供一种植物三维结构及光谱信息的同步测量系统及测量方法。其中，所述系统包括：采集装置和处理中心；采集装置用于同步采集植物的高光谱图像、全色图像和双目RGB图像，并发送至处理中心；处理中心用于接收高光谱图像、全色图像和双目RGB图像，并对高光谱图像、全色图像和双目RGB图像进行处理进而获得植物的三维结构及光谱信息。本发明专利技术实施例提供的植物三维结构及光谱信息的同步测量系统及测量方法，可实现实时植物三维立体结构及对应光谱信息测量，所测即所得；为进行植物生长动态监测冠层结构变化和生理生态变化提供了高效的传感器工具，能够满足精准信息获取、精确建模及精准决策的需求，可以极大推动农业生产决策信息化。

A synchronous measuring system and measuring method for three dimensional structure and spectral information of plants

The embodiment of the invention provides a synchronous measuring system and a measuring method for three-dimensional structure and spectral information of plants. The system comprises a collection device and a processing center, a collection device for synchronously collecting hyperspectral images, panchromatic images and binocular RGB images of plants and sending them to a processing center, a processing center for receiving hyperspectral images, panchromatic images and binocular RGB images, and a hyperspectral image, panchromatic images and binocular RGB images. B images are processed to obtain the three-dimensional structure and spectral information of plants. The synchronous measuring system and measuring method of plant three-dimensional structure and spectral information provided by the embodiment of the invention can realize real-time measurement of plant three-dimensional structure and corresponding spectral information, and the measured results can be obtained. It can meet the needs of accurate information acquisition, accurate modeling and accurate decision-making, and can greatly promote the informationization of agricultural production decision-making.

【技术实现步骤摘要】
一种植物三维结构及光谱信息的同步测量系统及测量方法
本专利技术实施例涉及图像采集及处理
，具体为一种植物三维结构及光谱信息的同步测量系统及测量方法。
技术介绍
植物生长过程中其冠层结构会随着生长进程发生显著变化，同时受养分、干旱及病虫害影响其地上部分(叶片、茎秆、果实等)会呈现不同生理生态变化。为了精准监测植物动态结构及生理变化，必须依赖高精度监测仪器。现阶段主要通过两类传感器分别进行监测，对于植物冠层结构(植物三维结构)主要利用激光雷达测量方法，对于光谱信息主要依赖成像或非成像光谱类传感器。利用激光雷达方法测量植物冠层结构时，点云虽然可以直接体现植物结构特征，但是点云密度仍受限制，且高扫描线激光雷达成本高；此外，必须辅助地面参考差分定位系统才能实现点云的拼接处理，增加了技术难度。利用非成像光谱类传感器测量光谱信息时，由于其采集的光谱信息是一定空间范围内所有地物的混合光谱，数据量很小、传输效率和光谱精度高。但难以满足进行植物内部或组分间精细生理生态探测要求，即无法区分植物冠层不同部分生理生态差异(如色素、水分、生物量、病虫害、光合…)。现有测量植物冠层结构和测量植物高光谱分开进行，难以同时获取植物冠层结构和光谱信息，无法满足植物生长动态结构变化和生理生态变化同步监测需求。
技术实现思路
为解决现有植物三维结构及光谱信息无法实现同步测量的问题，本专利技术实施例提供一种植物三维结构及光谱信息的同步测量系统及测量方法。第一方面，本专利技术实施例提供一种植物三维结构及光谱信息的同步测量系统，该系统包括：采集装置和处理中心；其中，所述采集装置用于同步采集植物的高光谱图像、全色图像和双目RGB图像，并将所述高光谱图像、所述全色图像和所述双目RGB图像发送至所述处理中心；所述处理中心用于接收所述高光谱图像、所述全色图像和所述双目RGB图像，并对所述高光谱图像、所述全色图像和所述双目RGB图像进行处理进而获得所述植物的三维结构及光谱信息。第二方面，本专利技术实施例提供一种植物三维结构及光谱信息的同步测量方法，该方法包括：利用采集装置同步采集植物的高光谱图像、全色图像和双目RGB图像，并将所述高光谱图像、所述全色图像和所述双目RGB图像发送至处理中心；所述处理中心接收所述高光谱图像、所述全色图像和所述双目RGB图像，并对所述高光谱图像、所述全色图像和所述双目RGB图像进行处理进而获得所述植物的三维结构及光谱信息。本专利技术实施例提供的植物三维结构及光谱信息的同步测量系统及测量方法，可实现实时植物三维立体结构及对应光谱信息测量，所测即所得，解决了当前实时测量植物冠层三维结构和光谱信息无法同步测量难题；为进行植物生长动态监测冠层结构变化和生理生态变化提供了高效的传感器工具，能够满足精准信息获取、精确建模及精准决策的需求，可以极大推动农业生产决策信息化。附图说明为了更清楚地说明本专利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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，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为本专利技术实施例提供的植物三维结构及光谱信息的同步测量系统结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的植物三维结构及光谱信息的同步测量系统的采集装置的结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的植物三维结构及光谱信息的同步测量系统的面阵式成像高光谱传感器结构示意图；图4为本专利技术实施例提供的植物三维结构及光谱信息的同步测量系统的传感器定标结果示意图；图5为本专利技术实施例提供的植物三维结构及光谱信息的同步测量方法流程图；图6为本专利技术实施例提供的植物三维结构及光谱信息的同步测量方法示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1为本专利技术实施例提供的植物三维结构及光谱信息的同步测量系统结构示意图。如图1所示，所述系统包括：采集装置10和处理中心20；其中，所述采集装置10用于同步采集植物的高光谱图像、全色图像和双目RGB图像，并将所述高光谱图像、所述全色图像和所述双目RGB图像发送至所述处理中心20；所述处理中心20用于接收所述高光谱图像、所述全色图像和所述双目RGB图像，并对所述高光谱图像、所述全色图像和所述双目RGB图像进行处理进而获得所述植物的三维结构及光谱信息。本专利技术实施例提供的植物三维结构及光谱信息的同步测量系统包括采集装置10和处理中心20，为了获得植物三维结构及对应的光谱信息，所述采集装置10同步采集植物的高光谱图像、全色图像和双目RGB图像，并将所述高光谱图像、全色图像和双目RGB图像发送至处理中心20进行处理。处理中心20接收到采集装置10同步采集并发送的所述高光谱图像、全色图像和双目RGB图像后，根据所述高光谱图像和所述全色图像得到所述光谱信息，根据所述双目RGB图像得到所述植物三维结构信息，且由于所述高光谱图像、全色图像和双目RGB图像是同步采集的，所以可以得到所述植物三维结构信息与所述光谱信息的对应关系，也即可以得到所述植物三维结构信息及与其对应的所述光谱信息。本专利技术实施例提供的植物三维结构及光谱信息的同步测量系统，可实现实时植物三维立体结构及对应光谱信息测量，所测即所得，解决了当前实时测量植物冠层三维结构和光谱信息无法同步测量难题；为进行植物生长动态监测冠层结构变化和生理生态变化提供了高效的传感器工具，能够满足精准信息获取、精确建模及精准决策的需求，可以极大推动农业生产决策信息化。进一步地，基于上述实施例，所述采集装置10集成有面阵式成像高光谱传感器、全色图像传感器、双目RGB相机和单片机；其中，所述面阵式成像高光谱传感器用于采集所述植物的预设波段的高光谱图像；所述全色图像传感器用于采集所述植物的全色图像；所述双目RGB相机用于采集所述植物的双目RGB图像，所述双目RGB相机由两台同型号的RGB相机构成；所述单片机用于统一控制所述面阵式成像高光谱传感器、所述全色图像传感器和所述双目RGB相机的曝光时间，并将所述高光谱图像、所述全色图像和所述双目RGB图像发送至所述处理中心。图2为本专利技术实施例提供的植物三维结构及光谱信息的同步测量系统的采集装置的结构示意图。如图2所示，所述采集装置10集成有面阵式成像高光谱传感器(面阵式成像高光谱相机)、全色图像传感器(全色相机)、双目RGB相机和单片机。当前成像高光谱由于数据量大，大部分都采用了线阵推扫式成像，虽然保证了较高的光谱分辨率，但为了获得空间连续光谱，必须依赖机械平台运动才能获得连续空间光谱信息，不适合定点实时测量模式；且线阵推扫式成像的最大挑战在于扫描线空间几何配准，单个扫描线难以提供更多辅助信息进行精确校正。目前为止，这类线扫高光谱仪主要还是用于卫星平台或有人航空稳定平台，难以应用在近地或无人机等非稳定移动平台。因此，本专利技术实施例为了实现适合定点、地面便携、移动平台(测量车、导轨车…)和近空(无人机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种植物三维结构及光谱信息的同步测量系统，其特征在于，包括：采集装置和处理中心；其中，所述采集装置用于同步采集植物的高光谱图像、全色图像和双目RGB图像，并将所述高光谱图像、所述全色图像和所述双目RGB图像发送至所述处理中心；所述处理中心用于接收所述高光谱图像、所述全色图像和所述双目RGB图像，并对所述高光谱图像、所述全色图像和所述双目RGB图像进行处理进而获得所述植物的三维结构及光谱信息。

【技术特征摘要】
1.一种植物三维结构及光谱信息的同步测量系统，其特征在于，包括：采集装置和处理中心；其中，所述采集装置用于同步采集植物的高光谱图像、全色图像和双目RGB图像，并将所述高光谱图像、所述全色图像和所述双目RGB图像发送至所述处理中心；所述处理中心用于接收所述高光谱图像、所述全色图像和所述双目RGB图像，并对所述高光谱图像、所述全色图像和所述双目RGB图像进行处理进而获得所述植物的三维结构及光谱信息。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述采集装置集成有面阵式成像高光谱传感器、全色图像传感器、双目RGB相机和单片机；其中，所述面阵式成像高光谱传感器用于采集所述植物的预设波段的高光谱图像；所述全色图像传感器用于采集所述植物的全色图像；所述双目RGB相机用于采集所述植物的双目RGB图像，所述双目RGB相机由两台同型号的RGB相机构成；所述单片机用于统一控制所述面阵式成像高光谱传感器、所述全色图像传感器和所述双目RGB相机的曝光时间，并将所述高光谱图像、所述全色图像和所述双目RGB图像发送至所述处理中心。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述全色图像传感器和所述RGB相机的像素数和成像速率相同。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述处理中心在用于对所述高光谱图像、所述全色图像和所述双目RGB图像进行处理进而获得所述植物的三维结构及光谱信息时，具体用于：对所述RGB相机采集的所述双目RGB图像进行实时计算，包括内定向、同名点匹配、空三加密及所述RGB相机的外方位元素计算，生成三维点云数据，从而获取所述植物的三维结构信息；利用空间光谱融合算法将所述面阵式成像高光谱传感器采集的所述高光谱图像和所述全色图像传感器采集的所述全色图像进行实时融合，生成融合高光谱数据，从而获取所述植物的光谱信息；利用传感器定标参数获取所述双目RGB图像和所述高光谱图像的空间对应关系，利用所述外方位元素获取所述双目RGB图像与所述三维点云数据的对应关系，进而建立所述三维点云数据与所述融合高光谱数据的对应关系，从而获取所述植物的所述三维结构信息及对应的所述光谱信息。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：定标装置，所述定标装置用于对所述面阵式成像高光谱传感器、所述全色图像传感器和所述双目RGB相机进行统一空间定标，以所述面阵式成像高光谱传感器为中心，分别标出所述面阵式成像高光谱传感器、所述全色图像传感器和所述双目RGB相机的成像中心位置坐标，获取传感器定标参数；并将所述传感器定标参数发送至所述处理中心。6.一种植物三维结构及光谱信息的同步测量方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨贵军，徐波，李贺丽，杨浩，李振海，杨小冬，徐新刚，龙慧灵，宋晓宇，赵晓庆，
申请(专利权)人：北京农业信息技术研究中心，
类型：发明
国别省市：北京,11