使用光导的手持设备和使用其用于确定植物状态的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于确定植物状态的手持设备和方法。该设备包括：多像素数字颜色传感器；光源，布置用于提供宽带照明，其中光源和多像素数字颜色传感器布置在基本相同的平面中；光导，用于将来自所述光源的光引导到多像素数字颜色传感器的方向；样本空间，提供在多像素数字颜色传感器和光源之间，用于植物的至少部分插入其中；以及处理单元，配置用于至少控制多像素数字颜色传感器和光源。

Handheld devices using photoconductive devices and methods for determining plant status using them

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用光导的手持设备和使用其用于确定植物状态的方法
本专利技术涉及一种用于确定植物状态，更具体地是植物的营养状态，的设备和方法。
技术介绍
已知借助于叶绿素含量来确定植物状态，诸如植物营养状态。叶绿素含量通常借助于光学（例如反射率或透射率）测量来确定。然而，用于确定植物状态的设备可能庞大、复杂、部署麻烦和/或昂贵。现有技术Vesali等人在2017年的Photosynthetica55中公开了一种智能手机，其适合于作为成像光谱仪使用，来估计玉米植物中的叶绿素含量。使用相机前面的单独LED提供背景光源照明，从而提供对布置在LED和相机之间的样本的恒定照明（光辅助光谱吸收光度测定、LASAP、方法）。WO2015/077493A1（Digimarc公司，2015年5月28日）公开了一种智能手机，当不同的图像帧被该手机的CMOS图像传感器捕获时，其通过不同的LED光源的同步化脉动而适合于作为成像光谱仪使用。特别的实施方式采用CIE颜色匹配方程、和/或它们的正交变换方程，能够实现直接色度捕获。光谱图像被处理以用于对象识别、分类和其他各种应用中。特别的应用包括产品（例如水果或蔬菜）识别。US9075008B2（KyleH.Holland，2011年3月3日）公开了一种用于处理植物的方法和系统，包括使用至少三个光谱带来测量植物的光学性质；在计算设备中使用光学性质计算至少两个差异植物指数，该至少两个植物指数中的每一个与一个或多个植物生长参数相关；在计算设备中使用该至少三个光谱带从该至少两个差异植物指数中计算水不变叶绿素指数；并基于水不变叶绿素指数处理植物的一个或多个。EP1429594B1（NorskHydroASA，2003年4月3日）公开了一种以非接触方式确定和影响植物状态的方法，特别是植物的斑块特异性或部位特异性施肥，其中在与载体一起往返移动期间借助于光斑或光带由调制人造卤或氙光源照明植物，植物叶片的反射信号借助于检测器在可见和/或近红外光谱范围内捕获，并传递给评估和信号处理单元以用于确定生物物理参数，诸如生物量、叶绿素和/或水含量，并由此导出植物的营养水平的测量结果，计算机使用该测量结果来控制要施用的肥料的适当量为目标变量。US2016/0231171Al（Int.BusinessMachinesCorp.，2016年8月11日）公开了一种光谱仪装置，包括移动设备，该移动设备包括具有相机镜头和图像传感器的集成照相机。包括光学光谱仪设备和封闭的样本空间的可拆卸外壳可以与移动设备耦合。目标图像由光学光谱仪设备处理并由图像传感器接收。移动设备可以包括用于分析目标图像的计算机应用程序。US2014/0267670A1（Tipgunlakant，2014年9月18日）公开了一种移动显微镜装置，其包括照明模块，其用于照明可移动介质，诸如显微镜载片，所述可移动介质将被插入到在操作期间封闭的样本空间中；图像获取光学器件和安装框架组件。显微镜装置与包括存储器单元和相机的移动计算设备一起使用以分析样本。图像获取单元创建要分析的样本的真实图像，并且由相机获取图像。照明模块可以是移动计算设备中包括的相机的闪光灯部件。
技术实现思路
目的是提供一种简单、易于使用、易于部署和/或便宜的系统。更一般而言，目的是提供一种用于确定植物状态的改进的系统。根据一方面，特别是根据权利要求1，提供了一种用于确定植物状态的手持设备。手持设备提供的优点在于可以容易地在位置，例如在现场，执行确定。手持设备包括多像素数字颜色传感器和布置用于提供宽带照明的光源，其中光源和多像素数字颜色传感器被布置在基本相同的平面中。优选地，光源和多像素数字颜色传感器沿竖直轴布置，一个在另一个之上。优选地，多像素数字颜色传感器定位在光源上方。可替代地，光源和多像素数字颜色传感器沿水平轴布置，一个紧挨着另一个。宽带照明可以例如由白色光源（诸如白色LED或闪光灯）提供。多像素数字颜色传感器可以是本领域中已知的任何传感器，特别是包括具有两个或更多个、特别是1至120兆像素并且能够测量一个或多个颜色分量的传感器。优选地，传感器选自CMOS图像传感器和CCD图像传感器。根据本专利技术的传感器将产生一个或多个读数，在本申请中，其将被称为图像。读数可以指的是针对一个或多个颜色分量测量的强度、针对一个或多个像素测量的强度或两者。可选地，传感器可以在传感器的前面装备有镜头，在这种情况下，传感器-和-镜头布置可以称为相机。该设备还包括用于将来自所述光源的光引导到所述多像素数字颜色传感器的方向的光导。光导至少包括光发射表面和光接受表面并且可以具有任何形状。可选地，并且除了光发射和光接受表面之外，光导利用材料层涂覆、覆盖或屏蔽。材料层可以防止环境光，除了通过光接受表面以及可选地通过光发射表面之外，进入光导。材料层可以防止来自光源的光，除了通过光发射表面之外，离开光导。因此，可以增加光导的效率。可选地，光导包括光扩散器。光扩散器可以帮助例如提供与多像素数字颜色传感器相对的基本均匀的光发射表面。光扩散器可包括扩散半透明表面，诸如磨砂或哑光表面。光扩散器可包括扩散半透明材料，诸如蛋白石玻璃或蛋白石塑料。可选地，光导由扩散半透明材料制造。光导可以是单块部件。该设备还包括样本空间，其提供在多像素数字颜色传感器与光导的部分之间，用于将要确定状态的植物的至少部分插入其中。可以在光导的光发射表面与多像素数字颜色传感器之间提供用于在其中插入植物的至少部分的样本空间，光导的光发射表面和多像素数字颜色传感器定位在样本空间的相对侧上，例如彼此直接相对。多像素数字颜色传感器的光学轴可以延伸穿过光发射表面，例如基本穿过光发射表面的中心。当植物的部分（例如，叶子）被插入样本空间中时，光源随后将发射光穿过光导的光接受表面、光导、光导的光发射表面和植物部分，到多像素数字颜色传感器上。样本空间是开放的样本空间，使用时与环境空气和光接触。样本空间可以是狭缝，以便允许容易插入叶子，同时允许多像素数字颜色传感器与光导的光发射表面之间小的距离，例如2mm或更小。可替代地或附加地，在光源和光导的光接受表面之间提供用于在其中插入植物的至少部分的样本空间，光源和光导的光接受表面定位在样本空间的相对侧上，例如彼此直接相对。光源的光学轴可以延伸穿过光接受表面，例如基本穿过光接受表面的中心。当植物的部分（例如，叶子）被插入样本空间中时，光源随后将发射光以穿过植物部分、光导的光接受表面、光导和光导的光发射表面，到多像素数字颜色传感器上。样本空间可以是狭缝，以便允许容易插入叶子，同时允许光源与光导的光接受表面之间小的距离，例如2mm或更小。可选地，样本空间以允许要确定状态的植物的未处理部分插入的方式来开放。手持设备可以直接在现场的植物上使用。要分析的植物部分（例如，叶子）不需要从植物切下或分离。可以对它清洗以获得更可靠且准确的测量结果。优选地，多像素颜色传感器和光导的部分之间的空间应当没有任何其他光学装备，诸如镜头、镜子、棱镜、光栅。该设备还包括处理单元，其配置用于至少本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于确定植物状态的手持设备，包括：/n-多像素数字颜色传感器；/n-光源，布置用于提供宽带照明，其中所述光源和所述多像素数字颜色传感器被布置在基本相同的平面中；/n-光导，用于将来自所述光源的光引导到所述多像素数字颜色传感器的方向；/n-样本空间，提供在所述多像素数字颜色传感器与所述光导的部分之间，用于要确定状态的所述植物的至少部分的插入；/n-处理单元，配置用于至少控制所述多像素数字颜色传感器和所述光源，/n其中所述样本空间在使用时是开放的样本空间，与环境空气和光接触。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171026 EP 17198659.91.一种用于确定植物状态的手持设备，包括：
-多像素数字颜色传感器；
-光源，布置用于提供宽带照明，其中所述光源和所述多像素数字颜色传感器被布置在基本相同的平面中；
-光导，用于将来自所述光源的光引导到所述多像素数字颜色传感器的方向；
-样本空间，提供在所述多像素数字颜色传感器与所述光导的部分之间，用于要确定状态的所述植物的至少部分的插入；
-处理单元，配置用于至少控制所述多像素数字颜色传感器和所述光源，
其中所述样本空间在使用时是开放的样本空间，与环境空气和光接触。


2.根据权利要求1所述的手持设备，其中所述设备是计算和/或通信设备，诸如智能手机、膝上型电脑或平板电脑，并且其中所述多像素数字颜色传感器是所述手持设备的部分。


3.根据权利要求1或2所述的手持设备，其中所述样本空间是拆分体。


4.根据前述权利要求中任一项所述的手持设备，其中所述样本空间允许要确定状态的所述植物的未处理部分的插入。


5.根据前述权利要求中任一项所述的手持设备，其中所述多像素数字颜色传感器选自CMOS图像传感器和CCD图像传感器。


6.根据前述权利要求中任一项所述的手持设备，其中所述光源是所述手持设备的闪光灯。


7.根据前述权利要求中任一项所述的手持设备，其中所述光导包括光扩散器，所述光扩散器优选地包括扩散半透明材料。


8.根据前述权利要求中任一项所述的手持设备，其中所述光导可拆卸地附接到所述手持设备。


9.根据前述权利要求中任一项所述的手持设备，其中所述光导是所述手持设备的盖的部分。


10.根据前述权利要求中任一项所述的手持设备，其中所述处理单元被配置用于控制所述多像素数字颜色传感器并且用于开启和关闭所述光源，并且被配置用于在所述光源开启的情况下获得植物部分的第一图像，以及在所述光源关闭的情况下获得所述植物部分的第二图像。


11.根据前述权利要求中任一项所述的手持设备，其中所述多像素数字颜色传感器被配置用于至少获得红色（R）、绿色（G）和蓝色（B）颜色分量，一起形成颜色分量的集合，其中所述处理单元被配置用于至少执行以下操作：
（i）对于所述颜色分量的第一个，确定代表所述第一图像和所述第二图像的强度值的差异的第一颜色值；
（ii）对于所述颜色分量的第二个，确定代表所述第一图像和所述第二图像的强度值的差异的第二颜色值；
（iii）使用所述第一颜色值和所述第二颜色值来计算代表植物状态的值。


12.根据权利要求11所述的手持设备，其中所述处理单元还被配置用于对于所述颜色分量的第三个确定代表所述第一图像和所述第二图像中的强度值的差异的第三颜色值；并且使用所述第一颜色值、所述第二颜色值和所述第三颜色值来计算代表所述植物状态的值。


13.根据权利要求11所述的手持设备，其中所述处理单元被配置用于在步骤（iii）中，基于所述第一颜色值和所述第二颜色值的比率来计算代表所述植物状态的所述值。


14.根据权利要求11至13中任一项所述的手持设备，其中所述处理单元被配置用于校准所述第一颜色值、第二颜色值和可选的第三颜色值。


15.根据权利要求11至14中任一项所述的手持设备，其中所述处...

【专利技术属性】
技术研发人员：S罗伊施，
申请(专利权)人：亚拉国际有限公司，
类型：发明
国别省市：挪威;NO