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便携式光谱仪测量软件开发及农学参数光谱分析方法

作　者: 杨娜
导　师: 徐喆
学　校: 北京工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 便携式光谱仪操作软件嵌入式Linux系统 QT/Embedded 农学参数反演方法小波包算法
分类号: TP368.1;O433.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 74次
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内容摘要

便携式光谱仪可对农作物的光谱数据进行实时的在线测量和预处理,不受室内外条件的限制,进而分析农作物的品质参数。光谱分析研究主要集中在确定作物农学参数与光谱反射数据之间的定性及定量关系,从而建立作物农学参数的光谱诊断和预测模型。本论文在分析国内外便携式光谱仪发展现状及趋势的基础上,根据作物农学参数测量对微型光谱仪智能化的需要,应用嵌入式系统技术和光谱分析技术,设计了便携式光谱仪的测量操作软件系统,以满足光谱仪操作和维护简单的使用要求,论文完成的主要工作包括:(1)论文论述了微型光谱仪软件测量系统的发展现状及趋势,结合光谱分析技术在农作物参数测量中的应用,论证了嵌入式光谱仪实现软件系统智能化的必要性。在现有光谱仪嵌入式系统的基础上,选用QT/Embedded进行应用软件开发,实现了触摸屏对该应用程序的支持,并对文件系统作出相应修改。(2)针对光谱仪的应用需求,进行了软件架构设计、人机交互界面设计,实现了光谱数据采集、谱图实时显示和多种数据处理的功能,满足了便携式光谱仪对于光谱数据分析的基本需求,实现了光谱采集的智能化。(3)基于PC机构建了光谱仪数据分析系统,主要包括白板校正、基线校正、光谱数据去噪。同时,完成不同光谱去噪的算法比较。并将田间试验获取的数据在该系统中进行处理。在算法研究中,针对便携式光谱仪的信号特点,使用小波降噪算法、小波包降噪算法和不同的阈值化方法分别对含有噪声的光谱信号进行预处理,仿真结果表明:新阈值的小波包降噪算法信噪比提高到37.5986,均方根误差降低为2.6104。(4)本文论述了光谱分析技术在农作物参数测量中的应用,主要包括该技术反映的农学参数,理论基础,同时综述了利用光谱数据反演农学参数方法的研究进展,并采用经验模型法中最小二乘法进行农学模型的初建。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-19
  1.1 课题背景与意义  9
  1.2 便携式光谱仪的发展现状  9-12
  1.3 便携式光谱仪分析软件的发展现状  12-15
  1.4 光谱分析的农业应用  15-17
  1.5 课题研究的主要内容  17-19
第2章便携式光谱仪嵌入式Linux软件系统构建  19-33
  2.1 嵌入式Linux系统的整体软件构成  19-24
  2.2 嵌入式软件的开发流程  24-27
    2.2.1 宿主机QT/Embedded开发环境的建立  25-26
    2.2.2 QT/Embedded源码的编译  26-27
  2.3 触摸屏功能的实现  27-29
    2.3.1 触摸屏工作原理  27-28
    2.3.2 触摸屏校准  28-29
  2.4 文件系统的修改  29-31
    2.4.1 QT/Embedded库的移植  30
    2.4.2 系统启动文件  30-31
  2.5 本章小结  31-33
第3章便携式光谱仪嵌入式人机交互软件的研发  33-57
  3.1 软件系统设计思想  33-36
    3.1.1 应用软件的需求分析  33-34
    3.1.2 应用软件的系统构架  34-36
  3.2 QT/Embedded 的技术分析  36-37
    3.2.1 QT/Embedded 的体系结构分析  36-37
    3.2.2 QT/Embedded 的信号与槽机制  37
  3.3 便携式光谱仪应用程序中控件布局及QT类的层次  37-48
    3.3.1 顶层窗口的实现  43-44
    3.3.2 复合窗口部件DrawDemo的实现  44-46
    3.3.3 绘图画板DrawWidget的实现  46-48
  3.4 便携式光谱仪测量操作软件的基本功能  48-56
    3.4.1 光谱数据的获取及实时显示  49-50
    3.4.2 光谱采集的起止与光谱图的放缩  50-52
    3.4.3 光谱数据保存  52-53
    3.4.4 光谱数据的处理和分析  53-56
  3.5 本章小结  56-57
第4章基于PC机的光谱数据处理系统及去噪算法  57-77
  4.1 基于PC机的光谱数据处理系统  57-61
    4.1.1 LabVIEW 系统简介  57
    4.1.2 光谱数据处理软件  57-61
  4.2 田间试验  61-67
    4.2.1 材料与方法  61-64
    4.2.2 光谱数据预处理及数据比较  64-67
  4.3 光谱信号预处理去噪算法  67-75
    4.3.1 光谱信号的噪声特点分析  67-68
    4.3.2 小波与小波包的基本理论及仿真实验  68-72
    4.3.3 小波包的新阈值函数的提出及仿真实验  72-75
  4.4 本章小结  75-77
第5章基于光谱分析技术的农学应用  77-95
  5.1 光谱分析技术反映的农学参数  77-78
  5.2 光谱分析技术的理论基础  78-80
  5.3 光谱分析方法研究综述  80-90
    5.3.1 机理模型法  80-83
    5.3.2 经验模型法  83-90
    5.3.3 机理与经验结合法  90
  5.4 回归分析与建模  90-93
  5.5 本章小结  93-95
结论  95-97
参考文献  97-101
攻读硕士学位期间所发表的学术论文  101-103
致谢  103

便携式光谱仪测量软件开发及农学参数光谱分析方法

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