一种柑橘黄龙病快速检测装置及检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种柑橘黄龙病快速检测装置及检测方法，包括图像采集单元和控制单元；图像采集单元包括遮光箱体以及设置在遮光箱体内的偏振相机、短焦镜头、窄带LED光源、均光板、线偏振片、样品压板和样品台，短焦镜头安装于偏振相机上，均光板重叠放置于线偏振片上，均光板和线偏振片上均设有第二通孔，短焦镜头穿过第二通孔，短焦镜头与第二通孔相切，线偏振片与短焦镜头的最底端齐平，线偏振片的线偏振方向平行于偏振相机的0°方向；窄带LED光源发出的光，经过均光板的匀光处理后，由线偏振片转换成线偏振光，经样本反射和散射后，被偏振相机采集，传输至控制单元进行下一步处理。本发明专利技术能够实现柑橘黄龙病的早期现场快速检测。

【技术实现步骤摘要】
一种柑橘黄龙病快速检测装置及检测方法
本专利技术涉及植物病害的检测领域，尤其涉及一种柑橘黄龙病快速检测装置及检测方法。
技术介绍
柑橘是我国第一大水果，占全国水果产量的20.4％。柑橘黄龙病(Huanglongbing,HLB)，以传染性强、破坏力大著称，被称为“柑橘癌症”，一直以来严重影响着我国柑橘种植业的发展，并且无根治手段，被列为强制检疫性疾病。目前对于柑橘黄龙病主要采取以防为主的控制策略，对植株进行早期筛查，发现染病植株后立即清除以控制黄龙病蔓延，主要检测方法包括：肉眼观察法、显微镜观察法、PCR检测法、近红外光谱法等，其中肉眼观察法和显微镜观察法依赖于检测人员的主观经验，评价不够客观；PCR检测法需要在实验室完成，该方法耗时且昂贵，不适合果园大范围检测；近红外光谱法通过光学传感器对柑橘植株的黄龙病感染情况进行评估，通过提取的光谱特征区分黄龙病叶片和健康叶片，该方法检测速度快，但易受季节和柑橘品种的影响，准确性差。柑橘黄龙病与宿主、病原菌、传播媒介以及环境条件(天气和土壤营养水平等)均有关系，且时常与缺素症状混杂，目前未见便携高效的黄龙病快速检测方法和装置。叶绿素含量及其分布是植物生长各阶段光合作用能力、营养胁迫、病害胁迫等的指示剂，叶绿体的破坏导致叶绿素流失，叶黄素占比上升，该变化可以表征植物营养胁迫和病害胁迫。感染黄龙病的叶片，因其韧皮部形成阻塞，阻碍了光合作用产物的输送，从而在叶面形成积累，表现为不规则、无规律分布；缺素叶片，由于光合作用产物从叶绿体中转移受阻，淀粉颗粒的积累发生在所有叶绿体中，表现为有规律、均匀的分布。淀粉颗粒的大量积累导致叶绿体结构破坏，叶绿素流失，叶黄素占比上升，叶片出现黄化。不同染病程度的黄龙病叶片表现为不同程度的黄化，黄龙病叶片黄化的深浅程度以及叶黄素分布的不规则、无规律性是黄龙病早期快速检测的依据。现有技术公开了一种基于可见光图像的柑橘黄龙病检测方法，在自然光下采集染病叶片和健康叶片的图像，提取纹理特征和HSV颜色特征，将上述特征值输入到BP神经网络进行训练、学习，得到最优的BP神经网络模型，提取待识别叶片的图像特征，输入BP神经网络模型中进行判断。该方法直接采用自然光为照明条件，受室外光照强度、天气因素影响严重，降低了图像采集的一致性、检测结果的稳定性，且使用的是全波段光作为照射光源，叶片内不同的色素物质对于光谱的吸收率相近，不利于区分叶片表面病变位置。
技术实现思路
针对现有技术中存在不足，本专利技术提供了一种柑橘黄龙病快速检测装置和方法，能够实现柑橘黄龙病的早期现场快速检测。本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。一种柑橘黄龙病快速检测装置，包括图像采集单元和控制单元；所述图像采集单元包括遮光箱体以及设置在所述遮光箱体内的偏振相机、短焦镜头、窄带LED光源、均光板、线偏振片、样品压板和样品台，所述偏振相机设置于所述遮光箱体的顶壁内侧，所述短焦镜头安装于所述偏振相机上，所述均光板重叠放置于所述线偏振片上，所述均光板和所述线偏振片上均设有第二通孔，所述短焦镜头穿过所述第二通孔，所述短焦镜头与所述第二通孔相切，所述线偏振片与所述短焦镜头的最底端齐平，所述线偏振片的线偏振方向平行于所述偏振相机的0°方向；所述窄带LED光源发出的光，经过所述均光板的匀光处理后，由所述线偏振片转换成线偏振光，照射到所述样品台上的叶片样本，经样本反射和散射后，被所述偏振相机采集，传输至所述控制单元进行下一步处理。优选的，所述窄带LED光源采用660nm窄带光源，所述窄带LED光源包括基板、若干个灯珠，所述基板为铝板，若干灯珠串联，且若干灯珠以第一通孔的轴线为圆心，沿周向均匀分布。优选的，所述短焦镜头的主要参数如下：焦距8mm、500万像素、最小工作距离50mm。优选的，所述短焦镜头与所述样品台之间的距离为130mm。优选的，还包括散热铝板，所述散热铝板放置于所述均光板上方，所述散热铝板上设有第一通孔，所述短焦镜头穿过所述第一通孔，所述灯珠安装在基板上，所述基板粘连在所述散热铝板上。优选的，所述均光板与所述散热铝板之间的距离为50mm，所述样品压板选用低反光光学玻璃。优选的，所述样品台的上表面设有一层黑色吸光布。一种柑橘黄龙病快速检测装置的检测方法，其特征在于，包括：步骤一：采集不同病害种类柑橘叶片和健康叶片的图像；步骤二：提取纹理特征、灰度直方图特征以及灰度方差的空间分布图像特征；步骤三：将提取的图像特征输入随机森林分类器中进行训练，建立RF分类模型；步骤四：提取待识别样本的纹理特征、灰度直方图特征以及灰度方差的空间分布图像特征，在RF分类模型中进行分类，对于一个输入样本，N棵树会产生N个分类结果，随机森林算法集成所有的分类投票结果，将投票次数最多的类别指定为最终的输出。优选的，所述步骤一具体为：以所述窄带LED光源作为照明光源，通过所述偏振相机，采集四个偏振角度的灰度图像，选取其中的90°图像作为分类模型的输入图像进行训练。优选的，所述步骤二具体为：将所有图像中的叶脉方向统一，通过全局阈值分割算法将叶片区域与拍摄背景区域分离；计算取距离d＝1时的灰度共生矩阵，分别得到0°、45°、90°、135°角度下的四个灰度共生矩阵，提取其中能量、对比度、相关和逆差距4个特征作为纹理特征值，具体公式为：能量E的计算公式：E＝∑i,jp(i,j)2、对比度Con的计算公式：Con＝∑i,j(i-j)2p(i,j)、相关Cor的计算公式：逆差矩H的计算公式：将0°，45°，90°，135°四个方向上获取的上述四个特征的特征值分别求均值和方差，最终获得八个特征值，作为RF分类模型的输入特征；从灰度直方图中提取灰度均值、灰度方差，作为提取的灰度直方图特征；以图谱的方式突出显示叶片中黄化区域的大小以及分布情况，获取灰度方差的空间分布曲线，沿叶脉垂直方向，以像素为单位，计算输入的叶片图像各列的灰度方差，沿叶脉方向，以像素为横坐标，灰度方差为纵坐标，统计输入图像的灰度方差值的空间分布。本专利技术的有益效果：1)本专利技术根据黄龙病病害胁迫对叶片叶绿素分布产生的特异性影响出发，筛选660nm特征波段作为图像的采集光源波段，利于突出叶片中的病害胁迫区域，提升成像质量，有效提高了识别准确率，且由于早期黄龙病的黄化不易被人眼识别，而660nm特征波段对于黄龙病早期的轻微黄化比较敏感，所以对于早期黄龙病的检测具有较好的效果。2)本专利技术将偏振光与偏振相机结合，利用偏振光经过叶片散射导致的退偏特性，选取90°图像作为输入图像，有效地去除了叶片表面蜡质层导致的表面反光；本专利技术用低反光光学玻璃作为叶片压板以减少玻璃反光，同时使采集的叶片图像平整，避免卷曲造成的图像变形。3)本专利技术选取特定的4个特征在4个方向上的均值和方差取代单个方向上的上述4个特征值，减少了输入特征的数量，在简化算法的同时，有效提高了分类本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柑橘黄龙病快速检测装置，其特征在于，包括图像采集单元和控制单元；/n所述图像采集单元包括遮光箱体(1)以及设置在所述遮光箱体(1)内的偏振相机(3)、短焦镜头(4)、窄带LED光源、均光板(7)、线偏振片(8)、样品压板(9)和样品台(10)，所述偏振相机(3)设置于所述遮光箱体(1)的顶壁内侧，所述短焦镜头(4)安装于所述偏振相机(3)上，所述均光板(7)重叠放置于所述线偏振片(8)上，所述均光板(7)和所述线偏振片(8)上均设有第二通孔，所述短焦镜头(4)穿过所述第二通孔，所述短焦镜头(4)与所述第二通孔相切，所述线偏振片(8)与所述短焦镜头(4)的最底端齐平，所述线偏振片(8)的线偏振方向平行于所述偏振相机(3)的0°方向；/n所述窄带LED光源发出的光，经过所述均光板(7)的匀光处理后，由所述线偏振片(8)转换成线偏振光，照射到所述样品台(10)上的叶片样本，经叶片样本反射和散射后，被所述偏振相机(3)采集，传输至所述控制单元进行下一步处理。/n

【技术特征摘要】
1.一种柑橘黄龙病快速检测装置，其特征在于，包括图像采集单元和控制单元；
所述图像采集单元包括遮光箱体(1)以及设置在所述遮光箱体(1)内的偏振相机(3)、短焦镜头(4)、窄带LED光源、均光板(7)、线偏振片(8)、样品压板(9)和样品台(10)，所述偏振相机(3)设置于所述遮光箱体(1)的顶壁内侧，所述短焦镜头(4)安装于所述偏振相机(3)上，所述均光板(7)重叠放置于所述线偏振片(8)上，所述均光板(7)和所述线偏振片(8)上均设有第二通孔，所述短焦镜头(4)穿过所述第二通孔，所述短焦镜头(4)与所述第二通孔相切，所述线偏振片(8)与所述短焦镜头(4)的最底端齐平，所述线偏振片(8)的线偏振方向平行于所述偏振相机(3)的0°方向；
所述窄带LED光源发出的光，经过所述均光板(7)的匀光处理后，由所述线偏振片(8)转换成线偏振光，照射到所述样品台(10)上的叶片样本，经叶片样本反射和散射后，被所述偏振相机(3)采集，传输至所述控制单元进行下一步处理。


2.根据权利要求1所述的柑橘黄龙病快速检测装置，其特征在于，所述窄带LED光源采用660nm窄带光源，所述窄带LED光源包括基板、若干个灯珠所述基板为铝板，若干灯珠(6)串联，且若干灯珠(6)以第一通孔的轴线为圆心，沿周向均匀分布。


3.根据权利要求1所述的柑橘黄龙病快速检测装置，其特征在于，所述短焦镜头(4)的主要参数如下：焦距8mm、500万像素、最小工作距离50mm。


4.根据权利要求1所述的柑橘黄龙病快速检测装置，其特征在于，所述短焦镜头(4)与所述样品台(10)之间的距离为130mm。


5.根据权利要求2所述的柑橘黄龙病快速检测装置，其特征在于，还包括散热铝板(5)，所述散热铝板(5)放置于所述均光板(7)上方，所述散热铝板(5)上设有第一通孔，所述短焦镜头(4)穿过所述第一通孔，所述灯珠(6)安装在基板上，所述基板粘连在所述散热铝板(5)上。


6.根据权利要求5所述的柑橘黄龙病快速检测装置，其特征在于，所述均光板(7)与所述散热铝板(5)之间的距离为50mm，所述样品压板(9)选用低反光光学玻璃。

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡健荣，许骞，孙力，白竣文，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32