多光谱影像分析系统架构技术方案

本实用新型专利技术是一种多光谱影像分析系统架构，其包括：一载具系统、一电源控制器、一闪频曝光器、一光谱传感器、一多光谱光源控制系统、一白板校正仪、一环境控制系统、一人机接口控制器、至少一光学摄影系统及一影像撷取分析系统。本实用新型专利技术在稳定环境控制条件下，提供多个标的物样品同时培殖，并利用本实用新型专利技术的多光谱光源观察标的物样品的各种生理及病理特征，获得多个标的物样品表型及光谱差异的比较，以作为分析判断的参考。

【技术实现步骤摘要】
多光谱影像分析系统架构
本技术涉及用于多数量生物样品的培殖及自动化监控分析系统架构，其特征为具有环境控制系统能固定生物样品位置长时间定期培养，且具备多光谱光源控制系统提供拍摄生物样品表型的特定多光谱光源。
技术介绍
由于科技的进步与发达，目前遥测技术已广泛应用于日常生活，如气象播报员利用天气云图解说未来的天气、测量人员利用航空相片来制作地图、环境学者依赖遥测收集环境信息、农业人员判识遥测影像以监测农作物生长的状况等。由于遥测技术能在最短的时间内收集大范围的数据，已成为了解大地不可或缺的利器。广义的来说，遥测是一种使用传感器在不接触物体的情况下收集目标物信息的技术，依据传感器又分为主动式（光达、微波遥测）及被动式（光学遥测）两种。为了收集大范围的信息，利用如飞机或人造卫星等载具将传感器载到空中，对地面、海洋或大气进行检测，将所得的数据记录下来作为分析之用。而高光谱影像是光学遥测的一种，光学遥测是利用各种物质在不同波段接收太阳光的反射值差异，使各种物质拥有独特的光谱反射曲线，其可以分析辨别出特定物质，解决单纯照片于同一颜色所造成误判的状况。传感器技术的发展，遥测影像的光谱分辨率已由先前多光谱影像的数个或数十个波段，提升到目前高光谱影像的数百个波段。由于光谱分辨率的提升，使得收集到物质数据的光谱曲线更贴近物质真实的光谱曲线，也因此有助于物质的检测及分类。其中高光谱影像应用主要分为三类，包括目标识别、背景物特性描述和异常物检测三大类应用。目标识别包含：目标物检测、标物识别及标物分类，可用于变迁检测以及物质状态的监控；背景物特性描述的对象包含地表的覆盖物、水文和大气，可应用于海岸线的检测、浅水地区地形结构的建立等；异常物检测是在一块未知的区域中找出其光谱与背景物的光谱有显著不同的目标物。使用高光谱影像进行分析辨别时，首要的问题在于地面分辨率的不足，造成许多信号来源会嵌入在同一个像素之内，因此传统以空间为基础的图像处理技术已不适用，取而代之的是以光谱为基础的次像素目标检测法来处理这样的问题，再利用空间或光谱特性对目标物进行分析与辨别。由于一个像素内可能包含两种以上的物质，即不再为纯像素，传统的纯像素分类方法便无法有效地解决这类的问题，因此必须将每一像素视为一混合像素，再以线性光谱混合模型(linearspectralmixturemodel)来处理。线性光谱混合模型是一个广泛被应用在遥测影像中检测与量化个别物质的技术，其概念为将每一像素中各个物质含量视为线性分布而所建立出像素光谱模型。光谱模型建立后，再运用适当的方法来解此线性式，即可完成物质辨识、检测、分类及量化等工作。高光谱影像的应用日趋广泛，地貌判识、农业栽种、水文检测、生态环境监控及军事目标物检测皆为目前主要的应用领域，因此世界各地的遥测学者无不纷纷投入这个知识化影像的发展与研究。高光谱的波段较小约1~6nm，波段数多，因此价格昂贵，所收集光谱影像数据量庞大，需要超级计算机才足以分析，难以分析小范围特定区域的影像，仅适用于大面积农业上影像判别。因此，低价位高光谱发展备受重视，波段较大约60nm，但足以提供小面积生物表型分析使用。先前技术针对光谱分析被测物的研究，如中国台湾专利公告号I405957、I522607、I592650及200946896所公开，新式光谱测试方法与架构，以及能以行动装置接收检测装置的信息，电浆产生的光谱来分析被测物的元素。其先前技术包括生物生长媒介的自动化分析影像技术及分析技术。另外，针对多样本生物体影像分析的研究，如美国专利公告号US20180004872A1所公开，一组模型生物体中的集体复杂特性的一种识别和分类方法，包括在生物体的群体样本中植入RFID发射器来定位，收集一时间内的一系列影像，以计算生物体的特征。针对于环控条件下的多生物体样本影像分析研究，如美国专利公告号US20120186154A1所公开，一种用于在受控制环境中多个植物栽培或表型的自动装置，该自动装置包括有多个可移动栽培物的支撑板，该支撑板能连续移动至特定位置。能显著减少栽培环境条件或表型变异。栽培生物除受环境条件所影响，对于生物体受病虫害的影响变异更为明显，无法仅由单纯图像观察出变异，因此，对于如何缩短生物体的生理及病理研究，光谱分析成为生物科技技术发展的重要课题。
技术实现思路
本技术是一种多光谱影像分析系统架构，其包括：一载具系统，提供标的物样品放置及培殖的容置空间，且容纳部分或全部的电源控制器、闪频曝光器、光谱传感器、多光谱光源控制系统、白板校正仪、环境控制系统、人机接口控制器及光学摄影系统的具开合盖体的隔离体；一电源控制器，连接闪频曝光器、光谱传感器、多光谱光源控制系统、白板校正仪、环境控制系统、人机接口控制器及光学摄影系统，并提供其运作所需的电源；一闪频曝光器，提供闪光灯源照射于标的物样品，其标的物样品的反射光辅助光学摄影系统拍摄影像；一光谱传感器，设置于闪频曝光器及多光谱光源控制系统的照射范围内监测波长及照度信息，并回传其信息至人机接口控制器；一多光谱光源控制系统，设置于标的物样品上方或侧方，提供16~20种波段且波段间距25~45nm的多光谱光源，受人机接口控制器控制电源开关或光照强度调整；一白板校正仪，设置于光学摄影系统的镜头拍摄范围，量测标的物样品坐标位置，且将数据回传至人机接口控制器校正灰阶及高度焦距，以提高光学摄影系统所拍摄的影像质量；一环境控制系统，部分设置于载具系统内外提供其内外热交换，提供载具系统内部空间稳定的环境条件及环境条件监控，并将监控数据回传至人机接口控制器；一人机接口控制器，双向连结电源控制器、闪频曝光器、光谱传感器、多光谱光源控制系统、白板校正仪、环境控制系统及光学摄影系统，以控制各部件运作及接收各部件的实际监测信息；至少一光学摄影系统，设置于标的物样品上方或侧方，以拍摄标的物样品并将影像回传至人机接口控制器；及一影像撷取分析系统，双向连接人机接口控制器，接收人机接口控制器所取得各部件的实际监测信息进行分析，并将分析后数据传达至人机接口控制器做环境控制参数补偿或操作。其中，载具系统的容置空间提供多个标的物样品放置及培殖，以进行比对分析。多光谱光源控制系统的光谱波长范围介于330~1100nm。多光谱光源控制系统可调控单一发光源开关及单一发光源强弱。环境控制系统含温度控制器与湿度控制器，以控制环境条件包含温度、湿度及盐份至少一种条件。人机接口控制器包括设置于载具系统外表面的显示器单元、触控单元及按键单元至少一单元，以提供用户监视及输入控制条件。光学摄影系统具有拍摄2D图像、影片、缩时摄影、3D图像及影像，提供用户判读。更进一步，光学摄影系统包括机械手臂或滑轨机构，提供光学摄影系统的摄影镜头移动拍摄标的物样品。其中，机械手臂或滑轨机构向前后、左右和上下至少一方向移动，并提供摄影镜头及闪频曝光器架设及移动。影像撷取分析系统分析植物特征包含：光谱特征、生长速度、病理分析、培殖表型观察、扩散速率、扩散覆盖面积及多个样本表型比例分布，以收集的影像、坐标及光谱特征提供多维度数据，进一步做数据分析。本技术在能控制于稳定环境条件下，提供多个标的物样品同时长时间培殖，并利用本技术的多光谱光源观察标的物样品的各种本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多光谱影像分析系统架构，其特征在于，其包括：一载具系统，提供标的物样品放置及培殖的容置空间，且容纳部分或全部的电源控制器、闪频曝光器、光谱传感器、多光谱光源控制系统、白板校正仪、环境控制系统、人机接口控制器及光学摄影系统的具开合盖体的隔离体；一电源控制器，连接闪频曝光器、光谱传感器、多光谱光源控制系统、白板校正仪、环境控制系统、人机接口控制器及光学摄影系统，并提供其运作所需的电源；一闪频曝光器，提供闪光灯源照射于标的物样品，其标的物样品的反射光辅助光学摄影系统拍摄影像；一光谱传感器，设置于闪频曝光器及多光谱光源控制系统的照射范围内监测波长及照度信息，并回传其信息至人机接口控制器；一多光谱光源控制系统，设置于标的物样品上方或侧方，提供16~20种波段且波段间距25~45nm的多光谱光源，受人机接口控制器控制电源开关或光照强度调整；一白板校正仪，设置于光学摄影系统的镜头拍摄范围，量测标的物样品坐标位置，且将数据回传至人机接口控制器校正灰阶及高度焦距，以提高光学摄影系统所拍摄的影像质量；一环境控制系统，部分设置于载具系统内外提供其内外热交换，提供载具系统内部空间稳定的环境条件及环境条件监控，并将监控数据回传至人机接口控制器；一人机接口控制器，双向连结电源控制器、闪频曝光器、光谱传感器、多光谱光源控制系统、白板校正仪、环境控制系统及光学摄影系统，以控制各部件运作及接收各部件的实际监测信息；至少一光学摄影系统，设置于标的物样品上方或侧方，以拍摄标的物样品并将影像回传至人机接口控制器；一影像撷取分析系统，双向连接人机接口控制器，接收人机接口控制器所取得各部件的实际监测信息进行分析，并将分析后数据传达至人机接口控制器做环境控制参数补偿或操作。...

【技术特征摘要】
1.一种多光谱影像分析系统架构，其特征在于，其包括：一载具系统，提供标的物样品放置及培殖的容置空间，且容纳部分或全部的电源控制器、闪频曝光器、光谱传感器、多光谱光源控制系统、白板校正仪、环境控制系统、人机接口控制器及光学摄影系统的具开合盖体的隔离体；一电源控制器，连接闪频曝光器、光谱传感器、多光谱光源控制系统、白板校正仪、环境控制系统、人机接口控制器及光学摄影系统，并提供其运作所需的电源；一闪频曝光器，提供闪光灯源照射于标的物样品，其标的物样品的反射光辅助光学摄影系统拍摄影像；一光谱传感器，设置于闪频曝光器及多光谱光源控制系统的照射范围内监测波长及照度信息，并回传其信息至人机接口控制器；一多光谱光源控制系统，设置于标的物样品上方或侧方，提供16~20种波段且波段间距25~45nm的多光谱光源，受人机接口控制器控制电源开关或光照强度调整；一白板校正仪，设置于光学摄影系统的镜头拍摄范围，量测标的物样品坐标位置，且将数据回传至人机接口控制器校正灰阶及高度焦距，以提高光学摄影系统所拍摄的影像质量；一环境控制系统，部分设置于载具系统内外提供其内外热交换，提供载具系统内部空间稳定的环境条件及环境条件监控，并将监控数据回传至人机接口控制器；一人机接口控制器，双向连结电源控制器、闪频曝光器、光谱传感器、多光谱光源控制系统、白板校正仪、环境控制系统及光学摄影系统，以控制各部件运作及接收各部件的实际监测信息；至少一光学摄影系统，设置于标的物样品上方或侧方，以拍摄标的物样品并将影像回传至人机接口控制器；一影像撷取分析系统，双向连接人机接口控制器，接收人机接口控制器所取得各部件的实际监测信息进行分...

【专利技术属性】
技术研发人员：张简庆宾，
申请(专利权)人：台湾海博特股份有限公司，
类型：新型
国别省市：中国台湾,71