作物育种田间光谱测量系统的开发

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  本文是在国家“863计划”项目(2012AA10A503),农业部公益性行业(农业)科研专项(201203026),北京市农林科学院青年科研基金(QN201107)的资助下,针对农业上作物信息自动检测分析仪器低成本、小型化、快速化的需求,采用干涉镀膜分光技术(以线性可调谐滤光片为分光元件)研制了农业专用光谱仪样机。光谱测量系统对作物育种的反射光进行检测和自动分析,并实时显示采样数据和分析结果。最后基于光谱仪样机实现对作物育种叶绿素值的实时检测。   论文完成了以下工作:   (1) 首先分析了光谱仪在作物长势田间快速测量、蔬菜质量的快速诊断、种子质量的快速检测方面的需求,列举并分析了常用的光谱仪的优缺点,最终选取的线性可调谐滤光片(LVF)作为本文使用光学部件。   (2) 其次对本系统中硬件系统总体方案进行了设计,系统包括光学、硬件、软件三个部分。分别对关键器件进行选型,最终选取型号为S8377-256Q的CMOS光电探测器以及相匹配的C9001驱动电路、USB2814数据采集板卡作为系统硬件系统器件。最后实现了对上述硬件的连接,完成了对硬件系统环境的搭建工作。   (3) 然后详细设计了软件系统,在Windows的开发环境下,采用面向对象的编程方法,使用MFC和OpenGL语言进行界面的编写。并详细设计了系统软件的二维坐标轴模块、硬件系统参数的设置功能模块、控制功能模块、数据的AD采集与处理功能模块、图谱的显示与保存功能模块、光谱预处理功能模块、模型预测以及结果显示功能模块、硬件复位以及时间显示功能模块。   (4) 最后,在室内用卤钨灯光源对玉米叶片进行实验,获取600-1100nm范围内的光谱,分别利用645nm、663nm、670nm、730nm、780nm等处的光谱反射率与玉米叶片的SPAD值建立预测模型,模型的相关系数分别为0.8139、0.8196、0.8395,0.8471,0.8749。表明本系统能够较好地实现玉米冠层反射光谱的实时检测,在玉米叶绿素快速诊断方面具有可行性,为作物生长检测设备的研发提供了有力支持。
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