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CN107219226A - 图像采集装置及增强植被指数监测系统 - Google Patents

图像采集装置及增强植被指数监测系统 Download PDF

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CN107219226A
CN107219226A CN201710606837.4A CN201710606837A CN107219226A CN 107219226 A CN107219226 A CN 107219226A CN 201710606837 A CN201710606837 A CN 201710606837A CN 107219226 A CN107219226 A CN 107219226A
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image acquisition
acquisition device
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msub
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王力
田海峰
黄妮
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Abstract

本发明涉及一种图像采集装置及增强植被指数监测系统，所述图像采集装置包括图像采集器，所述图像采集器用于同时、分别采集若干种波段的图像；图像传感器，用于将所述图像采集器采集的图像转换为图像数据并且传送给控制器；控制器，适用于存储、发射所述图像传感器收集并且转换的图像数据；电源模块，用于对所述图像采集装置正常工作长时间供电；支架，用于对所述图像采集装置进行固定与位置调整。一种增强植被指数监测系统，包括所述的图像采集装置；图像接收装置，所述图像接收装置用于接收所述控制器发射的图像数据；数据分析装置，所述数据分析装置根据所述图像接收装置接收的图像数据，通过分析、计算得到增强植被指数值。

Description

图像采集装置及增强植被指数监测系统
技术领域
本发明涉及图像采集与环境监测技术，具体地说是一种图像采集装置及增强植被指数监测系统。
背景技术
增强植被指数(Enhanced Vegetation Index,EVI)是在归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)的基础上，通过加入蓝色波段以矫正土壤背景和气溶胶散射对植被指数的影响而设计的。增强植被指数是遥感监测植被生理异常特征、植被的长势与分布、农田干旱的重要参数之一。
目前遥感反演EVI的数据源主要包括卫星遥感影像和飞机遥感影像，但是存在诸多缺陷：卫星的飞行轨道和重访周期是卫星发射前就预设好的，一般较为固定；飞机遥感的成本十分昂贵，且灵活性差，对天气条件要求高，飞行空域管制严格。
此外，地面平台也是图像采集装置的搭载平台之一，但是现有的地面平台也存在成本高，灵活性差的问题。
发明内容
根据以上技术内容的缺陷，本发明的目的在于提供一种图像采集装置，以实现方便灵活地、实时地获取植被的图像数据；一种增强植被指数监测系统，根据图像采集装置提供的图像数据，得出增强植被指数值。
根据本发明的第一方面，提供一种图像采集装置，所述图像采集装置包括：控制器，适用于存储、发射所述图像传感器收集并且转换的图像数据；所述控制器包含图像传感器接口模块、无线通信模块，数据存储模块，电源管理模块；所述图像传感器接口模块用于连接控制器与图像传感器，所述图像传感器接口模块采用防雷保护措施，所述无线通信模块用于发射所述图像传感器收集并且转换的图像数据，所述数据存储模块用于存储所述图像传感器收集并且转换的图像数据，所述电源管理模块用于控制图像传感器的供电，无线通信模块的供电，管理供电电源。图像传感器，用于将所述图像采集器采集的图像转换为图像数据并且传送给所述控制器；电源模块，用于对所述图像采集装置正常工作长时间供电；支架，用于对所述图像采集装置进行固定与位置调整。
所述图像采集装置还包括图像采集器，所述图像采集器能够同时、分别采集若干种波段的图像。所述图像采集器用于在所述增强植被指数监测系统中采集图像，并且采集电磁波谱中的一种或者几种不同波段的图像，每种中心波长的波段所形成的图像被所述图像采集器单独采集。因此，所述图像采集器能够采集若干种图像，每种图像是一种或者几种中心波长的波段所形成的图像。
根据本发明的一种优选实施形式，所述图像采集器包括第一摄像单元，第二摄像单元，第三摄像单元；所述第一摄像单元适用于采集中心波长为0.865μm的近红外波段的图像、所述第二摄像单元适用于采集中心波长为0.655μm的红色波段的图像，所述第三摄像单元适用于采集中心波长为0.485μm的蓝色波段的图像。所述图像采集器至少能够采集包括中心波长为0.865μm的近红外波段的图像，中心波长为0.655μm的红色波段的图像，中心波长为0.485μm的蓝色波段的图像，但是不限于以上几种。
根据本发明的一种优选实施形式，所述支架将所述图像采集装置固定于地面、平台与建筑物，通过调整支架使得所述图像采集器自由地旋转水平角度和垂直角度。
根据本发明的一种优选实施形式，所述图像采集装置可以任意设定图像采集时间，并且图像采集的最小时间间隔为1小时。所述图像采集装置采集图像的时间长短与时间间隔能够根据实际情况设定，其中采集图像的时间间隔最小为1小时。
根据本发明的第二方面，还提供了一种增强植被指数监测系统，包括根据第一方面所提供的图像采集装置；图像接收装置，所述图像接收装置用于接收所述控制器发射的图像数据；数据分析装置，所述数据分析装置根据所述图像接收装置所接收的图像数据，通过分析、计算得到增强植被指数值。
所述数据分析装置根据所述图像数据得出不同波段的地表反射率，并且能够通过计算得到增强植被指数值。所述图像采集器所采集的图像通过图像传感器转换为图像数据，所述图像数据被所述控制器传送至所述图像接收装置，所述数据分析装置将所述图像接收装置接收的图像数据转换为地表反射率，最终通过分析计算得到增强植被指数值。
所述数据分析装置进一步用于根据如下公式计算增强植被指数值：
其中，ρ1为中心波长为0.865μm的近红外波段的地表反射率；ρ2为中心波长为0.655μm的红色波段的地表反射率；ρ3为中心波长为0.485μm的蓝色波段的地表反射率。
本发明所提供的图像采集装置，能够方便灵活地采集图像，克服了现有技术中卫星和飞机搭载平台的缺陷，使用成本低；增强植被指数监测系统及时方便地分析出增强植被指数值，实现了植被长势的远程监测的目的，为农作物长势监测提供实时数据，服务于精准农业；同时，对于分析和掌握植被生理异常特征、植被的长势与分布、农田是否需要灌溉提供重要的研究数据，为科学研究和农业生产提供有价值的信息。
附图说明
图1是本发明的图像采集装置的示意图；
图2是本发明的控制器的结构图；
图3是本发明的增强植被指数监测系统的示意图；
图4是本发明的图像采集装置的实物图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面对本发明进行更详细、全面的描述。给出了本发明的优选实施例。但本领域技术人员容易理解，本发明可有以许多不同的形式来实现，并不限于下文中所描述的实施例。
图1是本发明的图像采集装置的示意图。如图1所示，本发明的图像采集装置100包括图像采集器101，所述图像采集器101能够同时、分别采集若干种波段的图像。所述图像采集器101用于在所述增强植被指数监测系统中采集图像，并且采集电磁波谱中的一种或者几种不同波段的图像，每种中心波长的波段所形成的图像被所述图像采集器单独采集。因此，所述图像采集器能够采集若干种图像，每种图像是一种或者几种中心波长的波段所形成的图像。
所述图像采集器101可以进一步包括第一摄像单元110，第二摄像单元111，第三摄像单元112；所述第一摄像单元110适用于采集中心波长为0.865μm的近红外波段的图像，所述第二摄像单元111适用于采集中心波长为0.655μm的红色波段的图像，所述第三摄像单元112适用于采集中心波长为0.485μm的蓝色波段的图像。所述第一摄像单元110，所述第二摄像单元111，所述第三摄像单元112可以同时采集图像，也可以其中一个或者两个摄像单元采集图像。所述图像采集器101包含若干个摄像单元，每个摄像单元采集不同波段的图像，所采集图像均为地表反射率图像，用于增强植被指数监测系统。
所述图像采集器101不限于采集以上三种波段的图像，还能够采集电磁波谱中其他波段的图像，例如，采集中心波长为0.410μm的紫光波段的图像。还能够分别采集几种不同波段的图像，例如能够采集中心波长为0.865μm的近红外波段和中心波长为0.655μm的红色波段的图像，并且同时采集中心波长为0.485μm的蓝色波段和中心波长为0.410μm的紫光波段的图像。
图像采集装置100还包括图像传感器102，用于将所述图像采集器采集的图像转换为图像数据并且传送给控制器。
图像采集装置100还包括电源模块103，用于对所述图像采集装置正常工作长时间供电，电源模块分为锂电池与太阳能充电模块两部分，其中锂电池为5200mAH大容量锂电池，太阳能充电模块为5V、2A单晶体太阳能电池。
图像采集装置100还包括支架104，用于对所述图像采集装置进行固定与位置调整，支架104将所述图像采集装置100固定于地面、平台与建筑物，通过调整支架100使得所述图像采集器101自由地旋转水平角度和垂直角度。所述支架能任意调节所述摄像单元的方位，所述支架可以选用三角支架，也可以选用固定于墙壁或电线杆的吊架。
所述图像采集装置100可以任意设定图像采集时间，并且图像采集的最小时间间隔为1小时。所述图像采集装置100具有时间设定功能，既能够设定所述图像采集器101的采集图像时间，也可以设定所述图像采集器101的采集图像的时间间隔。
图2是本发明的控制器的结构图。如图2所示，本发明的控制器200，适用于存储、发射所述图像传感器101收集并且转换的图像数据，所述控制器200采用STM32L151系列的低功耗32位CPU，所述控制器200包含图像传感器接口模块201、无线通信模块202、数据存储模块203、电源管理模块204。所述图像传感器接口模块201用于连接所述控制器200与所述图像传感器102，所述图像传感器接口模块201采用RS485通信总线，接口采用了防雷保护措施。所述无线通信模块202用于发射所述图像传感器102收集并且转换的图像数据，采用华为MU-902S通信模块，支持的通信方式有：GPRS/EDGE/WCDMA/HSPA。所述数据存储模块203用于存储所述图像传感器收集并且转换的图像数据，采用大容量FlASH模块和FRAM模块的组合方式，采用高速SPI总线通信。所述电源管理模块204用于控制图像传感器的供电，无线通信模块的供电，管理供电电源。
图3是本发明的增强植被指数监测系统的示意图。如图3所示，本发明的增强植被指数监测系统300，包括所述的图像采集装置100；图像接收装置301，用于接收所述控制器200发射的图像数据；数据分析装置302，所述数据分析装置302根据所述图像接收装置301所接收的图像数据得出不同波段的地表反射率，然后通过分析、计算得到增强植被指数值。所述数据分析装置301进一步用于根据如下公式计算增强植被指数：
其中，ρ1为中心波长为0.865μm的近红外波段的地表反射率；ρ2为中心波长为0.655μm的红色波段的地表反射率；ρ3为中心波长为0.485μm的蓝色波段的地表反射率。
当所述图像采集器采集的图像为其他波段的图像时，例如采集中心波长为0.410μm的紫光波段的图像，中心波长为0.550μm的绿光波段的图像，中心波长为0.610μm的橙光波段的图像，也可以应用所述增强植被指数监测系统计算增强植被指数值，此时以上公式中的系数发生变化。
当所述图像采集器同时采集几种不同波段的图像时，也适用于所述增强植被指数监测系统。例如所采集图像为中心波长为0.865μm的近红外波段和中心波长为0.655μm的红色波段的图像，中心波长为0.485μm的蓝色波段和中心波长为0.410μm的紫光波段的图像，或者其他几种不同波段的图像，仍然适用于所述增强植被指数监测系统计算增强植被指数值。
图4示意了图像采集装置的实物图。如图4所示，该图像采集装置应用于农田中，支架将图像采集装置固定于地表面。由于图像采集装置功耗低并且配置有太阳能充电模块，因此实现长期无人看守情况下正常工作。通过调整支架，三个摄像单元的水平角度与垂直角度可以任意调整，满足农业生产与科学研究的方便灵活的采集图像的需求。
以上记载了本发明的优选实施例，但是本发明的精神和范围不限于这里所公开的具体内容。本领域技术人员能够根据本发明的教导而做出更多的实施方式和应用，这些实施方式和应用都在本发明的精神和范围内。本发明的精神和范围不由具体实施例来限定，而由权利要求来限定。
附图标记列表
100 图像采集装置；
101 图像采集器；
102 图像传感器；
103 电源模块；
104 支架；
110 第一摄像单元；
111 第二摄像单元；
112 第三摄像单元；
200 控制器；
201 图像传感器接口模块；
202 无线通信模块；
203 数据存储模块；
204 电源管理模块；
300 增强植被指数监测系统；
301 图像接收装置；
302 数据分析装置

Claims (7)

1.一种图像采集装置，包括：
图像采集器，所述图像采集器用于同时、分别采集若干种波段的图像；
图像传感器，用于将所述图像采集器采集的图像转换为图像数据并且传送给控制器；
控制器，适用于存储、发射所述图像传感器收集并且转换的图像数据；
电源模块，用于对所述图像采集装置正常工作长时间供电；
支架，用于对所述图像采集装置进行固定与位置调整。
2.根据权利要求1所述的图像采集装置，其特征在于，所述图像采集器包括：
第一摄像单元，适用于采集中心波长为0.865μm的近红外波段的图像；
第二摄像单元，适用于采集中心波长为0.655μm的红色波段的图像；
第三摄像单元，适用于采集中心波长为0.485μm的蓝色波段的图像。
3.根据权利要求1所述的图像采集装置，其特征在于，所述支架将所述图像采集装置固定于地面、平台与建筑物，通过调整支架使得所述图像采集器自由地旋转水平角度和垂直角度。
4.根据权利要求1所述的图像采集装置，其特征在于，所述图像采集装置可以任意设定图像采集时间，并且图像采集的最小时间间隔为1小时。
5.一种增强植被指数监测系统，包括：
根据权利要求1-4中任一项所述的图像采集装置；
图像接收装置，所述图像接收装置用于接收所述控制器发射的图像数据；
数据分析装置，所述数据分析装置根据所述图像接收装置接收的图像数据，通过分析、计算得到增强植被指数值。
6.根据权利要求5所述的增强植被指数监测系统，其特征在于，所述数据分析装置根据所述图像数据得出不同波段的地表反射率，并且能够通过计算得到增强植被指数值。
7.根据权利要求6所述的增强植被指数监测系统，其特征在于，所述数据分析装置进一步用于根据如下公式计算增强植被指数值：
<mrow> <mn>2.5</mn> <mo>&amp;times;</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>&amp;rho;</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>&amp;rho;</mi> <mn>2</mn> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>&amp;rho;</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>+</mo> <mn>6</mn> <mo>&amp;times;</mo> <msub> <mi>&amp;rho;</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>-</mo> <mn>7.5</mn> <mo>&amp;times;</mo> <msub> <mi>&amp;rho;</mi> <mn>3</mn> </msub> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </mfrac> </mrow>
其中，ρ1为中心波长为0.865μm的近红外波段的地表反射率；
ρ2为中心波长为0.655μm的红色波段的地表反射率；
ρ3为中心波长为0.485μm的蓝色波段的地表反射率。
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