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RGB颜色传感器叶绿素仪的研究

王璞

   精准农业是根据作物生长的状况及环境,变量调节对作物投入的一种耕作方式,它以作物信息的获得为基础。植物叶片叶绿素的测量可以指导氮的施用,为研究植物生理特性、挖掘生产潜力和品种资源等提供科学依据。本文介绍了一种以RGB颜色传感器为核心器件,以测量叶绿素含量为目的的仪器的设计。这种仪器与现有的活体叶绿素仪的原理有较大差别,主要体现在:现有活体叶绿素仪,如SPAD502,测量光源是波段较窄的单色LED,而本仪器所采用的测量光源是频谱遍布整个可见光区的白色超亮LED;SPAD502测量的是叶绿素对单色光的吸收,本仪器测量的是透过叶片后的光的颜色。本文包括以下几个方面的内容: 1.从精准农业的概念说起,介绍了叶绿素测量在农业生产中的重要意义,介绍了测叶绿素含量的分光光度计法、计算机视觉法和叶绿素仪活体测量法,通过对可以用于无损测量的计算机视觉法和叶绿素仪活体测量法的比较,提出使用光电器件,通过测量叶色得到叶绿素含量,研制小型便携式叶绿素仪; 2.由于需要对颜色进行分析,本文介绍了RGB、HSI、XYZ、L~*a~*b~*等颜色空间,并重点介绍了RGB颜色空间向其它颜色空间进行转换的方法;介绍了RGB颜色传感器和色差传感器的特点,选择RGB颜色传感器TCS230作为本仪器的核心传感器;通过RGB颜色传感器内部集成的滤光片,TCS230将输入光中的RGB分量进行分离,分别测量它们的强度,由此得到输入光的颜色成分;命名TCS230输出的反映光强大小的频率信号为光强频率信号;仿照RGB空间到HSI、XYZ、L~*a~*b~*颜色空间的转化,提出了对光强频率信号进行处理的等式; 3.设计了叶绿素仪的光源模块,信号转换采集模块,以锂离子电池为电源的电源模块,液晶显示模块和实验匣。对单片机编写程序,完成了按键、频率采集、液晶显示等功能。在软件硬件设计的基础上,制作出可以将光强频率值显示在液晶显示屏上的实验机; 4.介绍了分析光强频率值与叶绿素含量相关关系的实验,实验证明:对于较小的叶片,光强频率信号与叶绿素含量的线性回归方程相关系数最大;RGB、XYZ颜色空间的一元线性回归表现较好,在L~*a~*b~*颜色空间内进行线性回归综合表现最好。……   
[关键词]:叶绿素;颜色空间;RGB颜色传感器;TCS230;回归分析
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:天津大学2008年