农业信息技术 chapter 农业信息采集讲课文档.ppt

农业信息技术 chapter 农业信息采集第一页，共九十四页第一节 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二页，共九十四页第一节 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三页，共九十四页第一节 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（一）信号调理器被采集的生物与环境特征变量（物理、化学、生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、大器、隔离电路），实现阻抗变换、信号变换、滤波、放大、隔离保护等功能滤波、放大、隔离保护等功能第四页，共九十四页第一节 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（二）数据采集器 多路开关多路开关MUX测量测量放大器放大器采样保持器采样保持器S/H数模转换器数模转换器A/D完成多路信息的采集、放大完成多路信息的采集、放大和数字化处理和数字化处理Analoguetodigital第五页，共九十四页。

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（三）微机I/OI/O接口（接口（ I/O I/O ，是，是input/outputinput/output的缩写，的缩写， 即输入输出端口）即输入输出端口） n微机接口是计算机与外界进行信息交换的通道和窗口微机接口是计算机与外界进行信息交换的通道和窗口n采集器输出的数字信号经总线送给微机接口，再经采集器输出的数字信号经总线送给微机接口，再经I/OI/O通道送给通道送给微机处理微机处理 第六页，共九十四页第一节 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n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界设备的自动控制 （四）数模转换器（四）数模转换器第七页，共九十四页第一节 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n负责调度数据采集系统的各应用程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序模块，并与系统的外部设备及时交换信息交换信息n监控程序在状态下，能接收来监控程序在状态下，能接收来自键盘或接口的操作命令，并解释、自键盘或接口的操作命令，并解释、执行，实现系统硬、软件资源的管执行，实现系统硬、软件资源的管理。

理五）应用软件与监控程序（五）应用软件与监控程序应用软件应用软件监控程序监控程序监控程序监控程序是计算机数据采是计算机数据采集管理系统的灵集管理系统的灵魂，有了应用软魂，有了应用软件才能充分发挥件才能充分发挥采集系统的功能采集系统的功能第八页，共九十四页第一节 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时钟功能时钟功能信息采集功能信息采集功能 数据处理功能数据处理功能 数据存储功能数据存储功能 控制功能控制功能 自诊断功能自诊断功能 信息输出功能信息输出功能 定时采集、实时采集；单项采集、多项采集定时采集、实时采集；单项采集、多项采集 数字滤波、数字滤波、A/DA/D转换、标度转换、线性化处理等转换、标度转换、线性化处理等数据运算、数据变换、图形处理等数据运算、数据变换、图形处理等 预处理预处理二次处理二次处理存储实时采集的数据和历史数据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系统定时采集、分时操作都按时钟的节拍进行 第九页，共九十四页。

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 第十页，共九十四页第二节 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（一）农田生物信息的类型 l农作物生理功能信息农作物生理功能信息l农作物结构信息农作物结构信息 l农作物病虫草害信息农作物病虫草害信息 微观结构微观结构宏观结构宏观结构 第十一页，共九十四页第二节 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（二）农田生物信息的特点与研究方法 层次性层次性 多元性多元性 弱信息弱信息 时空分布时空分布 随空间和时间不随空间和时间不断发生动态变化断发生动态变化 注重实时性和注重实时性和空间分布差异空间分布差异 采用弱信息采用弱信息提取与恢复提取与恢复技术，使弱技术，使弱信息变强信息变强 包含于复杂的包含于复杂的环境信息中环境信息中 多种组分信息多种组分信息的叠加的叠加 多组分信息分多组分信息分离技术，运用离技术，运用化学计量学方化学计量学方法法 物种不同、生长物种不同、生长有异、结构有别有异、结构有别 微观：微观： 光谱光谱/ /波谱波谱/ /色谱色谱/ /质谱；质谱；宏观：宏观： 感官定性感官定性/ /图形图像方法图形图像方法第十二页，共九十四页。

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（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 1硬件部分硬件部分第十三页，共九十四页1）信息检测系统 l图像传感器图像传感器 l光谱传感器光谱传感器 l生理信息传感器生理信息传感器 l实验室分析仪器实验室分析仪器 1 1硬件部分硬件部分第十四页，共九十四页2）信号调理系统 n农田生物信息经过信息检测系统检测后，其信息负载到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）的模拟量上具有某种能量（如光、电、热、声、磁等）的模拟量上即为模拟信号即为模拟信号n模拟信号被计算机采集以前需要进行调理，提高信噪比模拟信号被计算机采集以前需要进行调理，提高信噪比n信号调理系统包括：信号调理系统包括： 滤波器、积分器、调制解调器、滤波器、积分器、调制解调器、锁相放大器和厢车式积分器等锁相放大器和厢车式积分器等 1 1硬件部分硬件部分第十五页，共九十四页3）计算机硬件系统 l接口电路接口电路 l计算机计算机 l计算机输入输出设备计算机输入输出设备 1 1硬件部分硬件部分第十六页，共九十四页。

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 2软件部分软件部分1）信息预处理软件方法：方法： 数据平滑法、图谱叠加平均法、厢车式平均法、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、小波变换等傅里叶变换滤波法、小波变换等2）信息提取软件n弱信息弱信息-计算机差谱技术、计算机导数技术；计算机差谱技术、计算机导数技术；n多元信息多元信息-应用化学计量学多组分分析方法所编制的软件有：应用化学计量学多组分分析方法所编制的软件有： 逐步回归分析逐步回归分析法（法（SRA）、主成分回归法（）、主成分回归法（PCR）、偏最小二乘法（）、偏最小二乘法（PLS）等n纹理特征信息纹理特征信息-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、模拟和优化软件第十七页，共九十四页二）系统功能（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. 1. 农田生物信息检测农田生物信息检测 l微观形态结构和组分的信息检测微观形态结构和组分的信息检测l宏观形态结构的信息检测宏观形态结构的信息检测 l生理功能的信息检测生理功能的信息检测 l间接信息的获得间接信息的获得 2 2生物信息检测信号的调理生物信息检测信号的调理l信噪比信噪比l噪声来源噪声来源 l信号调理信号调理 第十八页，共九十四页。

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 1系统背景的消除与降低系统背景的消除与降低l差谱技术差谱技术l导数光谱技术导数光谱技术 2 2随机背景的消除与降低随机背景的消除与降低l数字滤波技术数字滤波技术l傅里叶变换滤波傅里叶变换滤波 l小波变换小波变换 第十九页，共九十四页四、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 n方法：方法： 化学计量学方法化学计量学方法 n操作：操作： 通过通过1 1组待测成分含量已知的标准样品，对它们进行光谱区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可以确定其中待测成分的含量 第二十页，共九十四页第二节 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（一）计算机图像处理技术的概念 n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。

行各种处理，称为数字图像处理n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，则f(i,j)表示图像表示图像f位于（位于（i,j）处象素的同时，还表示该点的灰）处象素的同时，还表示该点的灰度n因此任何图像都可以用多个二维数组表示因此任何图像都可以用多个二维数组表示第二十一页，共九十四页第二节 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（一）计算机图像处理技术的概念 类别类别描述形式描述形式描述的对象描述的对象二值图像二值图像f(x,y)=0,1文字、线条图、指纹等文字、线条图、指纹等浓淡图像浓淡图像0f(x,y)2n1黑白照片、一般黑白照片、一般n=68彩色图像彩色图像fi(x,y),i=R,G,B以三基色表示的彩色图像以三基色表示的彩色图像多光谱图像多光谱图像fi(x,y),i=1,2,m遥感图像，一般遥感图像，一般m=48立体图像立体图像fL,fR由左、右视点得到的同一物体的象对由左、右视点得到的同一物体的象对动态图像动态图像（时间序列）（时间序列）ft(x,y),t=t1,t2,tn动态分析、动画制作等动态分析、动画制作等数字图像的类别数字图像的类别 第二十二页，共九十四页。

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（二）图像输入方法n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，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。