归一化植被指数主动式光学探测系统技术方案

本实用新型专利技术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：依次连接的控制模块、光源驱动模块、主动光源、分光镜、信号接收模块、以及信号处理模块。本实用新型专利技术通过设置的各个模块实现了对归一化植被指数的测量，提高了归一化植被指数的测量精度。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及归一化植被指数测量
，特别涉及一种归一化植被指数主动式光学探测系统。
技术介绍
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。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题本技术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，本技术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模块、光源驱动模块、主动光源、分光镜、信号接收模块、以及信号处理模块，所述控制模块与所述信号处理模块连接，所述光源驱动模块在所述控制模块的控制下，对所述主动光源进行驱动，使所述主动光源发出红光或近红外光，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模块所接收，第二光路照射至待测植被后，由所述待测植被反射至所述信号接收模块所接收，所述信号处理模块对所述信号接收模块产生的信号进行处理，并将处理结果发送至所述控制模块，所述控制模块根据所述处理结果计算归一化植被指数。优选地，所述系统还包括与所述控制模块连接的显示模块，所述显示模块用于显示计算出的归一化植被指数。优选地，所述系统还包括电源模块，所述电源模块为所述控制模块、光源驱动模块、信号处理模块、以及显示模块进行供电。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模块之间。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模块之间设有第一聚光镜，所述第二光路上、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。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)有益效果本技术通过设置的各个模块实现了对归一化植被指数的测量，提高了归一化植被指数的测量精度。附图说明图I是按照本技术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是按照本技术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，对本技术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技术，但不用来限制本技术的范围。图I是按照本技术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模块、光源驱动模块、主动光源、分光镜、信号接收模块、以及信号处理模块，所述控制模块与所述信号处理模块连接，所述光源驱动模块在所述控制模块的控制下，对所述主动光源进行驱动，使所述主动光源发出红光或近红外光，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模块所接收，第二光路照射至待测植被后，由所述待测植被反射至所述信号接收模块所接收，所述信号处理模块对所述信号接收模块产生的信号进行处理，并将处理结果发送至所述控制模块，所述控制模块根据所述处理结果计算归一化植被指数。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模块连接的显示模块，所述显示模块用于显示计算出的归一化植被指数。优选地，所述系统还包括电源模块，所述电源模块为所述控制模块、光源驱动模块、信号处理模块、以及显示模块进行供电。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模块之间，实现了在一定范围内，当信号接收模块距离待测植的高度发生变化时，保证通过狭缝的光的强度基本上是一致的，从而降低不同使用者引起的高度不同带来的误差。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模块之间设有第一聚光镜，所述第二光路上、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。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，控制模块为微控制单元(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模块提供的脉冲(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模块的控制下，对所述主动光源进行驱动，使所述主动光源发出红光或近红外光，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(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模块所接收，第二光路照射至待测植被后，由所述待测植被反射至所述信号接收模块所接收。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，所述信号处理模块对所述电流信号进行电流/电压转换，并将转换结果发送至所述控制模块，所述控制模块对所述转换结果进行暂存，并根据所述转换结果计算归一化植被指数。由于通过所述信号接收模块接收到的红光或近红外光均掺杂了自然光，所述控制模块在进行归一化植被指数时，需要去除所述转换结果的自然光部分，因此，所述控制模块需要在所述主动光源未发出光时，获得所述两个并联的光敏二极管(分本文档来自技高网...

【技术保护点】
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：依次连接的控制模块、光源驱动模块、主动光源、分光镜、信号接收模块、以及信号处理模块，所述控制模块与所述信号处理模块连接，所述光源驱动模块在所述控制模块的控制下，对所述主动光源进行驱动，使所述主动光源发出红光或近红外光，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模块所接收，第二光路照射至待测植被后，由所述待测植被反射至所述信号接收模块所接收，所述信号处理模块对所述信号接收模块产生的信号进行处理，并将处理结果发送至所述控制模块，所述控制模块根据所述处理结果计算归一化植被指数。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：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(专利权)人：北京农业智能装备技术研究中心，
类型：实用新型
国别省市：