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양계, 무석, 장쑤 성
강소쌍리합보과학기술유한공사
개요
휴대용 일광 유도 엽록소 형광 영상: 1. 매우 우수한 광학 성능으로 형광 약신호 탐지의 요구를 만족시킨다;2. 밀어내기 기술을 내장하여 시스템 복잡도를 낮춘다;3. 자동 노출, 자동 초점 조정, 자동 스캔 속도 일치를 갖추고 있다;4. 다원화된 테스트 방안 - 삼각대 근척도 관측, 야외 정점, 연속 관측 타키 연속 관측
제품 정보
휴대용 일광 유도 엽록소 형광 영상
1. 엽록소 형광 영상 분광기 시스템 소개
기본 원리:
일광유도엽록소형광 (SIF, Solar-Induced chlorophyll Fluorescence) 반연기리: 태양복사분광선은 태양대기와 지구대기중의 각 성분의 흡수를 거쳐 센서에 도달할 때 너비가 같지 않고 (0.1nm-10nm) 깊이가 다른 흡수곡이 존재하는데 이를 부랑과 페암선 (Fraunhofer Lines) 이라고 한다.SIF는 지표발사신호로서 반사정보우에 중첩되여 부랑과 페암선의 깊이를 개변시켰으며 SIF의 부랑과 페암선에 대한"우물"충전효과를 리용하여 원시암선의 깊이와 SIF를 거쳐 충전된 암선의 깊이를 비교함으로써 SIF의 원격감지반연을 실현할수 있다.반연 SIF는 적어도 하나의 브랑과 페암선을 이용하고 임의의 암선에 대해 센서의 스펙트럼 해상도가 높을수록 관측된 원시 암선의 깊이가 깊어지고 SIF의 암선에 대한 충전 효과가 뚜렷해질수록 SIF의 반연의 노봉성이 강해진다.따라서 SIF의 원격 반사는 형광으로 채워지지 않은 원시 암선과 형광으로 채워진 암선을 어떻게 정확하게 얻을 것인가가 핵심 문제인 높은 스펙트럼 해상도 조건에서 이루어져야 한다.
일광유도엽록소형광SIF(Sun/Solar-induced Chlorophyll Fluorescence)는 식물이 태양광조 조건에서 광합센터에서 발사하는 스펙트럼 신호(650~800nm)로 적색광(690nm 정도)과 근적외선(740nm 정도) 두 개의 파봉을 가지고 있어 식물의 실제 광합성 동적 변화를 직접 반영한다.
SIF 원격 탐지는 최근 급속히 발전한 식생 원격 탐지 기술로, 현재 식생 원격 탐지 관측의 부족함을 보완할 수 있으며, 육지 생태계의 탄소 순환과 식생 모니터링 등에 새로운 사고방식과 기술을 제공한다.
"녹도" 관측에 기초한 식물지수 (예: NDVI) 로 대표되는 식물원격탐지는 지난 30년간 거시적척도에서 지구생물권을 리해하고 인식하도록 크게 촉진하였지만"록도"를 통해서만 식물의"잠재적광합성"을 탐측할수 있다.
엽록소형광은 식생광합생리탐측면에서 독특한 *의 기술우세를 갖고있으며"실제광합성용"의 직접탐측방법이다.식물성 엽록소 형광 원격 탐지기는 최근 10년 동안 식물성 원격 탐지 분야 * 획기적인 연구 최전선이라고 할 수 있다.연구와 기술의 발전에 따라 SIF 원격 탐지는 최근 10여 년 동안 장족의 발전을 이루었다.SIF는 빛 아래에서 엽록소 형광을 측정하는 전형적인 대표로, 하행 태양 스펙트럼 Fraunhofer 암선에 대한 상행 스포크 밝기를 측정하여 식생이 방출하는 엽록소 형광 강도를 반연하며, 일반적으로 다음과 같은 스펙트럼 곡선을 얻는다.
그림1 식물에서 나오는 엽록소 형광 강도를 반전시킨다.
휴대용 일광 유도 엽록소 형광 영상기술 지표:
•이미징 스펙트럼 범위: 670-780nm(650-800nm)
•이미지 센서: SCMOS(냉방/비냉방)
•스펙트럼 해상도: 0.3 ~ 0.4nm
•스펙트럼 샘플링 간격: 0.1nm
•스펙트럼 대역수: 100~1000개 대역
•SNR: 1000:1보다 우수(최대 노이즈)
•입사 슬롯 폭: 30μm
•영상 렌즈: 25mm 초점 렌즈
•공간 이미지 해상도: ≥1200*1000
•프레임 속도: 1fps~100fps
•인터페이스: USB3.0
•무게: <2.27kg;
주요 기능:
•동적 노출, 자동 초점, 자동 스캔 속도 일치
•Shutter 셔터
•방사도, 균일성, 렌즈, 반사율 보정
•태양빛 실시간 채집(여현 교정기)
•내장형 배터리
•내부 푸시 이미지
•보조 카메라 모니터링
•적외열 영상
•실시간 역출력
그림 2 시스템 하드웨어 및 소프트웨어 인터페이스
데이터 처리 분석:
•반사 스펙트럼 데이터 저장 및 출력
•하이 스펙트럼 데이터 입방체도
•실시간 태양 스펙트럼 수집/보정
•식물성 지수: 귀일화 지수 N DV I, 비율 지수 SR, 개선 된 엽록소 흡수 반사 지수 MCARI, 개선 된 엽록소 흡수 반사 지수 1MCARI1, * 최적화 된 토양 조정 식물성 지수 OSAVI 등도 사용자 정의 밴드 계산 공식을 지원합니다.
모델 반전:
기술적 특징:
광원 강도 정보와 측정 대상 이미지의 실시간 동시 프레임 수집 기능 참조
SIF 이미징 분광기의 입사 좁은 틈 영역에는 광섬유를 위해 실시간 참조 광원 강도 정보를 수집하는 구조가 설계되어 있으며, 여현 보정 모듈은 각 방면에서 수집된 빛을 균등화한 후 광섬유를 통해 입사 좁은 틈의 앞부분으로 전도되어 스캔 이미지를 생성할 때 각 프레임 주파수가 독립적이고 동기화된 참조 광원 정보를 기록하도록 보장한다.빛의 강한 변화로 인한 교정오차를 피하고 교정의 상대적 독립성을 확보하여 정량연구 등을 지원한다.
그림 3 실시간 광섬유 광 강도 채집
대역 사용자 정의 설정 및 샘플링 간격 사용자 정의
소프트웨어 인터페이스에서 사용자 정의 스펙트럼 시작 대역, 종료 대역, 간격 매개변수 설정을 사용할 수 있습니다.또한 여러 개의 유사한 조작을 지원하여 관심 영역과 스펙트럼 세분화 정밀도를 설정하고 비관심 영역에 대해 주파수 대역 수를 축소하여 유효 신호의 추출을 증가하고 중복 데이터 양을 감소시켜 채집 효율을 높이는 동시에 데이터 정밀도를 보장한다.
그림 4 밴드 사용자 정의 설정 인터페이스
데이터 보정 기능
반사율 보정 기능:
•표준 화이트보드, 회색 천 등을 참고판으로 활용하여 수집한 원시 DN 값 데이터를 반사율 교정한다;
•여현 교정 모듈을 이용하여 실시간으로 채집한 빛의 강도, 어두운 배경 등 데이터를 반사율 교정한다;
방사도 보정 기능:
•상대 복사도 교정;
•절대 복사도 교정;
실시간 환경 광 (광선) 보정 처리
일반적으로 SIF 이미징 시스템은 조명이 매우 좋은 상황에서 데이터 수집을 진행하는데, 우발적인 클라우드 등은 촬영 대상 영역과 시스템의 조명 수집에 대한 불일치성을 가져오며, 실시간으로 수집된 각 프레임 주파수에 대응하는 참조 광원 정보를 이용하여 대상 영상과 광강도 수정 및 알고리즘 처리를 진행할 수 있다.
* 빨간색 영역은 포토메트릭 센서가 기록하는 참조 광원의 이미지 영역입니다 (여러 픽셀 점).
* 노란색 영역은 조정이 필요한 대상 영역입니다.
* 독보적인 소프트웨어 데이터 분석 기능
그림 5 실시간 광 강도 교정 데이터 처리
실시간 반전 기능
우선, 원본 DN 값 데이터에 대한 실시간 반사율 보정 처리가 필요하며, 시스템 소프트웨어는 대응하는 흰색 프레임과 어두운 배경 데이터를 저장하는 폴더를 설정하여 채집을 실행한 후 자동으로 반사율 보정을 진행한다;둘째, 선택한 수학 모델을 결합하여 해당 모델 지표의 반전 결과를 출력할 수 있다.
그림 6 실시간 반전
2. 실측 응용:
실측 데이터 및 역출력 결과.
그림 7 실측 이미지 및 스펙트럼
그림 8 반전 그림
