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                熒光激光雷達系統

                簡要描述:

                CX/powertwo熒光激光雷達系統是林業資源調查中獲取林木表型的以及農業遙感應用的重要手段。傳統的激光雷達通過測量反射光的飛行時間獲得距離信息,并可得到反射光的強度信息,結合旋轉機構最終獲得點云。

                更新時間:2023-07-14

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                系統簡介:

                CX/powertwo熒光激光雷達系統是林業資源調查中獲取林木表型的以及農業遙感應用的重要手段。傳統的激光雷達通過測量反射光的飛行時間獲得距離信息,并可得到反射光的強度信息,結合旋轉機構最終獲得點云。本系統結合激光誘導熒光技術、激光雷達技術與推掃式掃描技術,實現了熒光多光譜點云的獲取。該系統可應用于植物表型探測、枝葉分割、地上生物量計算、脅迫探測、葉綠素分布探測、葉面積指數探測等科研與教學領域,為用戶提供相較一般激光雷達更新更豐富的數據。

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                熒光激光雷達系統科研使用場景:

                1)植物表型探測:熒光激光雷達可以獲得三維熒光點云,從而在獲得植物形狀結構參數的同時,通過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,而熒光多光譜點云與葉綠素熒光正相關,因而通過熒光點云可以很容易的實現枝葉分離,且結果穩定可靠。

                3)地上生物量計算:在使用激光雷達進行地上生物量檢測時,需要排除樹葉點云的影響。熒光激光雷達可以準確地排除樹葉點云,不需要人工剪除樹葉,實現了生物量的無損檢測。

                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域的研究熱點。熒光激光雷達可以獲取各點的多通道熒光強度,并可以定制程序實現定時自動掃描記錄,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,通過對點云數據的計算與疊加,實現準確葉面積指數的探測。

                教學使用場景:

                1)形態結構測量教學:在林業資源調查中,傳統植物形態結構測量需要通過人工方式,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行估算,因而會引入誤差;對于地上生物量的測量,需要對植物進行破快性測量,在教學時只能對測量過程進行描述。熒光激光雷達可以獲得林木的熒光點云。通過對點云的處理,可以獲得不同高度的胸徑、植株的高度。對生物量進行測量時,可以引入枝葉分割算法,通過點云的多光譜熒光特性方便的將樹葉點云去除,留下枝干點云進行計算最終得到體積。教學過程包括多點數據采集、降噪、點云匹配、枝葉分離、數據擬合、計算等過程,培養學生動手實驗能力與數據處理能力。

                2)脅迫熒光檢測探索教學:葉綠素熒光是一種常見的植物表型檢測方式。通過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。本系統可以同時獲取點云信息與熒光信息,可作為學生探索植物不同因素脅迫時的檢測工具,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:

                1) 同時獲取三維點云與RGB三通道熒光點云;

                2) 采用推掃式結構,單次對一個平面進行探測,角分辨率較128線激光雷達可以高1個數量級;

                系統指標:

                指標

                參數

                激光波長

                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米外的綠蘿進行掃描,使用R通道與B通道比值進行展現,可以看出綠蘿的三維形貌得到了很好的還原,同時可以通過點云的R/B通道強度定量觀測葉綠素分布。

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

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                3)對7米外的柚子樹進行掃描,可以看出樹干、樹葉、柚子的點云其熒光表現各不相同,通過設定閾值可以做到很好的區分。


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