多光譜影像儀器使用器材

本實驗的目的在於建立一套手持式多光譜影像系統，因此選用體積較小的硬 體 Raspberry Pi 2 當作系統的主控器，如圖 3-5 所示。Raspberry Pi 是一種嵌入式 系統，其功能就如同一台小電腦一般。

圖 3-5 Raspberry Pi 2

感測器方面，選用微型攝影機當作我們的擷取裝置，我們選用圖 3-6 升洋資 訊公司出產的 MO-S5788Z-3D-E 黑白微型相機，因為主控器為 USB 埠的接口，因 此我們搭配轉為圖 3-7 的 USB 影像擷取卡做轉換。實驗的設計理念是利用四組搭 配不同波段濾鏡的微型攝影機同時擷取影像，因為微型攝影機體積小的優勢，四個 微型攝影機拍到的畫面的重疊區域可以到達最大值，可以得到該重疊區域的四個 不同波段的資訊，微型攝影機的規格如表 3-1 所示。

圖 3-6 微型相機 圖 3-7 影像擷取卡

表 3-1 Camera MO-S5788Z-3D-E 規格

Resolution 640× 𝟒𝟖𝟎

Sensor

1/4" B/W CCIQ II

X-ray eyes Camera

Size 8.6 × 8.6 × 8.6 mm³

綜合我們上述的硬體裝置，我們將這些裝置合併使用，建立基本的擷取影像裝 置。因為 Raspberry Pi 就如同一台小電腦，接下來可以在系統上建立更多影像合成 和辨識的功能，以方便日後做程式的修改和顯示出病害的範圍。硬體架構圖如圖 3-8 所示。目前預設我們將採用四個濾鏡同時檢測植物的病害，其中相機擺放的配 置方式如圖 3-9 採用田字型方式排列，讓四個相機可拍攝重疊面積達到最大值。

圖 3-8 手持式監測裝置硬體架構圖

圖 3-9 相機擺放與重疊區域示意圖

以實驗室高光譜檢測而得的草莓炭疽病檢測波段，可以比較並綜合出草莓炭

Bandpass Filter

10 nm 12.5 85

實驗所擺放各不同波段濾鏡的位置，是以由左到右，由上到下的優先順序擺放 各個濾鏡，各濾鏡的擺放相對位置如圖 3-11 所示，接下來本論文當中若有四張一 其拍攝圖的圖片也將以圖 3-11 的相對位置關係擺放，以方便互相對照。

568 nm 700 nm

750 nm 830 nm

圖 3-11 濾鏡放於固定架上的相對位置關係圖

此濾鏡固定架在設計上面以體積最小化為宗旨，因此將濾鏡跟相機固定採用 不可分離式的方式架設，但為了實驗需求，我們又另外設計一款能夠將濾鏡跟相機 快速分離的設計，可以免去每次拍攝的時後需要將四個濾鏡卸下的耗時耗力問題，

設計圖如圖 3-12。

(a) (b)

圖 3-12 第二代方便拆卸之相機、濾鏡固定組 (a) 相機固定座 (b) 濾鏡固定座

在分析上我們先力求實驗數據的一致性，因此我們先建立一套測試的系統，以 便建立植物病害的特徵資料庫，當資料庫跟分類方法完整後，再進一步轉換到使用 者測試上。

因此我們利用鋁擠型架設一個如圖 3-13 所示的簡單支撐架，將微型攝影機固

試系統架於實驗用的黑箱中，以確保每次拍攝的條件均相同。第一代的測是系統燈 光選擇僅 5W 的鹵素燈泡，以避免燈光太強反而會使圖像產生過曝或強烈的反射，

而影響到資料的擷取。

第二代的測試系統如圖 3-14 所示，考慮到鹵素燈的尺寸過大，所跨的波段領 域也不夠理想，因此第二代的燈光選擇改用窄波段的 LED 燈提供，因為 LED 燈不 如鹵素燈所跨的波段範圍長，因此我們需要三個 LED 燈才能夠供給我們需要的特 徵波段光源，LED 光源的規格如表 3-3 所示。

圖 3-13 第一代系統拍攝架設圖 圖 3-14 第二代系統拍攝架設圖 表 3-3 LED 光源規格表

LED 光源顏色 金黃光 IR (近紅外光) IR (近紅外光)

主波長 580 – 585 nm 730-740 nm 850 nm

操作電流 700 mA 700 mA 350 mA

額定功率 3W 3W 1W

操作時電壓 3.4 - 3.8 V 1.6 - 2.0 V 1.5 - 1.7 V