农业信息获取_chapter2_农业信息采集

农业信息技术第二章农业信息采集计算机数据采集管理系统概述农田生物信息的采集与处理农田气候信息的采集与处理土壤信息的采集与处理设施农业环境监控与管理农业感官智能分析技术3第一节计算机数据采集管理系统概述一、数据采集管理系统的典型结构二、数据采集管理系统的基本功能第一节计算机数据采集管理系统概述一、数据采集管理系统的典型结构第一节计算机数据采集管理系统概述一、数据采集管理系统的典型结构（一）信号调理器被采集的生物与环境特征变量（物理、化学、生物量等）经过传感器转换为方便处理的电量（一般为电压、电流、电阻和脉冲量）信号。通常系统采集的信号多为模拟信号，且为多元弱信号，易受系统自身和外界干扰，需要在系统前端添加信号调理电路（滤波器、变换器、前级放大器、隔离电路），实现阻抗变换、信号变换、滤波、放大、隔离保护等功能。第一节计算机数据采集管理系统概述一、数据采集管理系统的典型结构（二）数据采集器多路开关MUX测量放大器采样保持器S/H数模转换器A/D完成多路信息的采集、放大和数字化处理Analogue－to－digital第一节计算机数据采集管理系统概述一、数据采集管理系统的典型结构（三）微机I/O接口微机接口是计算机与外界进行信息交换的通道和窗口。采集器输出的数字信号经总线送给微机接口，再经I/O通道送给微机处理。第一节计算机数据采集管理系统概述一、数据采集管理系统的典型结构将微机输出的数字信号再转换为模拟信号，以完成计算机的输出记录和对外界设备的自动控制。（四）数模转换器第一节计算机数据采集管理系统概述一、数据采集管理系统的典型结构负责调度数据采集系统的各应用程序模块，并与系统的外部设备及时交换信息。监控程序在在线状态下，能接收来自键盘或接口的操作命令，并解释、执行，实现系统硬、软件资源的管理。（五）应用软件与监控程序应用软件监控程序是计算机数据采集管理系统的灵魂，有了应用软件才能充分发挥采集系统的功能第一节计算机数据采集管理系统概述二、数据采集管理系统的基本功能①时钟功能②信息采集功能③数据处理功能④数据存储功能⑤控制功能⑥自诊断功能⑦信息输出功能定时采集、实时采集；单项采集、多项采集数字滤波、A/D转换、标度转换、线性化处理等数据运算、数据变换、图形处理等预处理二次处理存储实时采集的数据和历史数据超限报警、状态自检、自动复位等图形显示、报表打印、硬拷贝等可以实现现场环境的调控，实现生产管理自动化系统定时采集、分时操作都按时钟的节拍进行第二节农田生物信息的采集与处理一、农田生物系统的信息二、农田生物信息采集与处理系统三、农田生物弱信息的增强技术四、农田生物多元信息的提取技术五、农田生物宏观形态结构信息的提取第二节农田生物信息的采集与处理一、农田生物系统的信息（一）农田生物信息的类型农作物生理功能信息农作物结构信息农作物病虫草害信息微观结构宏观结构第二节农田生物信息的采集与处理一、农田生物系统的信息（二）农田生物信息的特点与研究方法层次性多元性弱信息时空分布随空间和时间不断发生动态变化注重实时性和空间分布差异采用弱信息提取与恢复技术，使弱信息变强包含于复杂的环境信息中多种组分信息的叠加多组分信息分离技术，运用化学计量学方法物种不同、生长有异、结构有别微观：光谱/波谱/色谱/质谱；宏观：感官定性/图形图像方法第二节农田生物信息的采集与处理二、农田生物信息采集与处理系统（一）系统组成农田生物信息采集与处理系统由硬件和软件两部分组成。1．硬件部分1）信息检测系统图像传感器光谱传感器生理信息传感器实验室分析仪器1．硬件部分2）信号调理系统农田生物信息经过信息检测系统检测后，其信息负载到具有某种能量（如光、电、热、声、磁等）的模拟量上即为模拟信号。模拟信号被计算机采集以前需要进行调理，提高信噪比。信号调理系统包括：滤波器、积分器、调制解调器、锁相放大器和厢车式积分器等。1．硬件部分3）计算机硬件系统接口电路计算机计算机输入输出设备1．硬件部分通过对农田生物信息的综合处理，可以发现农田生态系统更深层次的东西，根据需要，开发信息综合处理模拟优化软件，以便实现农田管理措施的优化。2．软件部分1）信息预处理软件方法：数据平滑法、图谱叠加平均法、厢车式平均法、傅里叶变换滤波法、小波变换等。2）信息提取软件弱信息----计算机差谱技术、计算机导数技术；多元信息----应用化学计量学多组分分析方法所编制的软件有：逐步回归分析法（SRA）、主成分回归法（PCR）、偏最小二乘法（PLS）等。纹理特征信息----利用逐步判别法、主成分分析法、聚类分析法等。3）信息综合处理、模拟和优化软件（二）系统功能二、农田生物信息采集与处理系统第二节农田生物信息的采集与处理1.农田生物信息检测微观形态结构和组分的信息检测宏观形态结构的信息检测生理功能的信息检测间接信息的获得2．生物信息检测信号的调理信噪比噪声来源信号调理三、农田生物弱信息的增强技术第二节农田生物信息的采集与处理1．系统背景的消除与降低差谱技术导数光谱技术2．随机背景的消除与降低数字滤波技术傅里叶变换滤波小波变换四、农田生物多元信息的提取技术第二节农田生物信息的采集与处理方法：化学计量学方法操作：通过1组待测成分含量已知的标准样品，对它们进行光谱区的全程扫描，然后通过计算机快速处理数据，建立样品组分含量与样品光谱之间的数学关系，再测出未知样品中待测组分的光谱，就可以确定其中待测成分的含量。第二节农田生物信息的采集与处理五、农田生物宏观形态结构信息的提取（一）计算机图像处理技术的概念计算机图像处理是在计算机中把图像用数字信号的形式表达，并根据需要进行各种处理，称为数字图像处理。所谓数字图像，就是图像各点的灰度值的二维数组，把它表示为f(x,y)，则f(i,j)表示图像f位于（i,j）处象素的同时，还表示该点的灰度。因此任何图像都可以用多个二维数组表示。第二节农田生物信息的采集与处理五、农田生物宏观形态结构信息的提取（一）计算机图像处理技术的概念类别描述形式描述的对象二值图像f(x,y)=0,1文字、线条图、指纹等浓淡图像0≤f(x,y)≤2n—1黑白照片、一般n=6～8彩色图像｛fi(x,y)｝,i=R,G,B以三基色表示的彩色图像多光谱图像｛fi(x,y)｝,i=1,2,…,m遥感图像，一般m=4～8立体图像fL,fR由左、右视点得到的同一物体的象对动态图像（时间序列）｛ft(x,y)｝,t=t1,t2,…,tn动态分析、动画制作等数字图像的类别第二节农田生物信息的采集与处理五、农田生物宏观形态结构信息的提取（二）图像输入方法照片、胶片或实地拍摄的电视图像等一系列模拟图像，在输入计算机的过程中，由输入设备（用数码照相机和数码摄像机拍摄的为数字图像，可直接输入计算机）将其转换成二维阵列（X×N）个象素，然后将这些点阵的灰度信息（包括色彩信息）数字化每一象元的灰度值是从0到255中的某一个值，而彩色信息是将自然界的各种颜色分解成红（R）、绿（G）、蓝（B）3种基色，每种基色又分成0到255个不同的数量级，几乎所有颜色都可用RGB三基色的含量多少来反映，农田生物色度信息就是用RGB三基色不同数量级的合成来表示。（三）图像处理方法第二节农田生物信息的采集与处理五、农田生物宏观形态结构信息的提取1．二值图像处理法2．图像变换和图像质量的改善3．图像的特征提取几何形状结构信息的提取纹理特征信息的提取颜色特征信息的提取