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熒光激光雷達系統

簡(jiǎn)要描述:

CX/powertwo熒光激光雷達系統結合激光誘導熒光技術(shù)、激光雷達技術(shù)與推掃式掃描技術(shù),實(shí)現了熒光多光譜點(diǎn)云的獲取。該系統可應用于軍事、林業(yè)資源調查、農業(yè)遙感應用、植物表型探測、枝葉分割、地上生物量計算、脅迫探測、葉綠素分布探測、葉面積指數探測、生物氣溶膠監測、石油泄漏早期檢測等科研與教學(xué)領(lǐng)域。

更新時(shí)間:2024-04-26

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產(chǎn)品性能:

CX/powertwo熒光激光雷達系統結合激光誘導熒光技術(shù)、激光雷達技術(shù)與推掃式掃描技術(shù),實(shí)現了熒光多光譜點(diǎn)云的獲取。該系統可應用于林業(yè)資源調查、農業(yè)遙感應用、植物表型探測、枝葉分割、地上生物量計算、脅迫探測、葉綠素分布探測、葉面積指數探測、生物氣溶膠監測、石油泄漏早期檢測等科研與教學(xué)領(lǐng)域,相比較傳統的激光雷達通過(guò)測量反射光的飛行時(shí)間獲得距離信息,并可得到反射光的強度信息,結合旋轉機構最終獲得點(diǎn)云。該系統能為用戶(hù)提供相較更加豐富的數據。

熒光激光雷達系統

一、熒光激光雷達系統科研使用場(chǎng)景:

1)植物表型探測:熒光激光雷達可以獲得三維熒光點(diǎn)云,從而在獲得植物形狀結構參數的同時(shí),通過(guò)多光譜熒光數據獲得特征組份與生理參數的三維空間分布。

2)枝葉分割:傳統的枝葉分割基于點(diǎn)云的空間位置與強度,需要匹配負責的算法,魯棒性不強。由于枝葉的葉綠素含量相差較大,而熒光多光譜點(diǎn)云與葉綠素熒光正相關(guān),因而通過(guò)熒光點(diǎn)云可以很容易的實(shí)現枝葉分離,且結果穩定可靠。

3)地上生物量計算:在使用激光雷達進(jìn)行地上生物量檢測時(shí),需要排除樹(shù)葉點(diǎn)云的影響。熒光激光雷達可以準確地排除樹(shù)葉點(diǎn)云,不需要人工剪除樹(shù)葉,實(shí)現了生物量的無(wú)損檢測。

4)脅迫探測:各種脅迫下葉綠素的熒光響應一直是植物表型領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。熒光激光雷達可以獲取各點(diǎn)的多通道熒光強度,并可以定制程序實(shí)現定時(shí)自動(dòng)掃描記錄,為脅迫探測提供高通量解決方案。

5)葉綠素分布探測:本熒光激光雷達實(shí)現的多通道熒光,可以定性得到葉綠素濃度相對分布,并可通過(guò)標定獲得絕對濃度分布的測量。

6)葉面積指數探測:在枝葉分離的基礎上,通過(guò)對點(diǎn)云數據的計算與疊加,實(shí)現準確葉面積指數的探測。

7)漏油監測:通過(guò)激光激發(fā)水面浮油(如石油漏油)發(fā)出熒光,并對熒光進(jìn)行分析。通過(guò)專(zhuān)門(mén)的模型算法,該系統可以檢測空氣中的薄層油或生物顆粒,這些物質(zhì)用肉眼往往很難觀(guān)測到。即使在沒(méi)有油的情況下,該系統也能提供有關(guān)水質(zhì)(藻類(lèi)攜帶的葉綠素)的有用信息。

8)生物氣溶膠監測:各種海上和陸地事故、氣候變化的影響,甚至生物戰的爆發(fā),都可能造成災難性的經(jīng)濟、環(huán)境和社會(huì )后果,并帶來(lái)生物顆粒數量、密度與成分結構上的變化。因此,生物顆粒的早期檢測具有非常重要的意義。熒光激光雷達可以從熒光的角度,對在空氣中存在的生物氣溶膠(真菌孢子、花粉粒、昆蟲(chóng)等)等進(jìn)行檢測。

二、教學(xué)使用場(chǎng)景:

1)形態(tài)結構測量教學(xué):在林業(yè)資源調查中,傳統植物形態(tài)結構測量需要通過(guò)人工方式,使用卷尺等傳統工具測量植株的高度、胸徑、地上生物量等參數。對于較高的林木,往往需要使用胸徑乘以一定系數進(jìn)行估算,因而會(huì )引入誤差;對于地上生物量的測量,需要對植物進(jìn)行破快性測量,在教學(xué)時(shí)只能對測量過(guò)程進(jìn)行描述。熒光激光雷達可以獲得林木的熒光點(diǎn)云。通過(guò)對點(diǎn)云的處理,可以獲得不同高度的胸徑、植株的高度。對生物量進(jìn)行測量時(shí),可以引入枝葉分割算法,通過(guò)點(diǎn)云的多光譜熒光特性方便的將樹(shù)葉點(diǎn)云去除,留下枝干點(diǎn)云進(jìn)行計算最終得到體積。教學(xué)過(guò)程包括多點(diǎn)數據采集、降噪、點(diǎn)云匹配、枝葉分離、數據擬合、計算等過(guò)程,培養學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗能力與數據處理能力。

2)脅迫熒光檢測探索教學(xué):葉綠素熒光是一種常見(jiàn)的植物表型檢測方式。通過(guò)葉綠素熒光的變化可以探索植物在缺水、缺氮、缺光照等脅迫條件下的反應,從而建立表型與脅迫預測模型。本系統可以同時(shí)獲取點(diǎn)云信息與熒光信息,可作為學(xué)生探索植物不同因素脅迫時(shí)的檢測工具,應用于一些脅迫反應的驗證與新脅迫反應的探索。

系統特點(diǎn):

1)同時(shí)獲取三維點(diǎn)云與RGB三通道熒光點(diǎn)云;

2)采用推掃式結構,單次對一個(gè)平面進(jìn)行探測,角分辨率較128線(xiàn)激光雷達可以高1個(gè)數量級;

3)全時(shí)段工作,可編程控制運行;

4)實(shí)時(shí)提供結果,不需要人工采樣和化學(xué)分析;

5)根據當地大氣條件檢測薄油層和空氣中的生物顆粒;

6)能夠區分檢測到的關(guān)鍵類(lèi)型的油或生物顆粒。

技術(shù)參數表:

指標

參數

激光波長(cháng)

405nm/450nm/520nm可選

激光功率

405nm不小于400mW;450nm/520nm不小于1W;功率可調

掃描方式

推掃式旋轉掃描

掃描范圍

水平角≥45度,俯仰角≥70度,精確測量范圍0~10米(可按需求定制);

掃描精度

2米處精度≤1cm

光譜通道數

RGB 3通道

掃描速率

多檔速度可調

供電電壓

12VDC/220VAC可選

系統體積

不大于30*30*30cm(不包括支架)


應用案例:

1)對1米外的綠蘿進(jìn)行掃描,使用R通道與B通道比值進(jìn)行展現,可以看出綠蘿的三維形貌得到了很好的還原,同時(shí)可以通過(guò)點(diǎn)云的R/B通道強度定量觀(guān)測葉綠素分布。

熒光激光雷達系統熒光激光雷達系統

2)對1米外的棕竹進(jìn)行掃描,使用R通道與B通道比值進(jìn)行展現,可以看出棕竹的三維形貌得到了很好的還原,同時(shí)通過(guò)給R/B通道強度設定閾值,即使棕竹的點(diǎn)云非常雜亂緊密,也可以很方便的區分出葉與枝的點(diǎn)云。

熒光激光雷達系統


3)對7米外的柚子樹(shù)進(jìn)行掃描,可以看出樹(shù)干、樹(shù)葉、柚子的點(diǎn)云其熒光表現各不相同,通過(guò)設定閾值可以做到很好的區分。


熒光激光雷達系統




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