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CN114812433A - 植物表型采集装置及其采集方法 - Google Patents

植物表型采集装置及其采集方法 Download PDF

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CN114812433A CN202210379920.3A CN202210379920A CN114812433A CN 114812433 A CN114812433 A CN 114812433A CN 202210379920 A CN202210379920 A CN 202210379920A CN 114812433 A CN114812433 A CN 114812433A
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孟浩然
朱明东
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Abstract

本发明提供一种植物表型采集装置及其采集方法，其中的采集测量装置包括暗室、培育室、控制系统和上位机，暗室与培育室之间通过隔断隔开，其中，在暗室内设置有图像采集系统、照明系统和称重系统；照明系统设置在暗室的顶部，照明系统包括具有不同波段的多光谱光源，用于对待测植物样本进行照明；图像采集系统用于对待测植物样本进行图像采集；控制系统用于控制多光谱光源不同波段的切换；称重系统设置在暗室的底部，用于对待测植物样本进行重量采集；上位机用于采集称重系统和图像采集系统的数据。本发明可以实现对待测植物样本的非接触式采集，避免对待测植物造成损伤。

Description

植物表型采集装置及其采集方法
技术领域
本发明涉及到植物测量领域，特别涉及植物表型采集装置及方法。
背景技术
中国作为人口大国，粮食需求量庞大。为保障我国的粮食安全，培育具有高产，抗逆等优良特性的新作物品种是最根本的技术手段。培育新的作物品种需要对作物表型进行采集。传统的作物表型采集方法为接触式采集，会对作物造成损伤。并且作物的培育室与采集室相距较远，来回路程需要花费不必要的时间。
发明内容
本发明为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种将采集室与培育室相集成的植物表型采集装置及其采集方法，通过非接触方式对植物表型进行无损伤的采集。
为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：
本发明提供的植物表型采集装置，包括暗室、培育室、控制系统和上位机，暗室与培育室之间通过隔断隔开，其中，在暗室内设置有图像采集系统、照明系统和称重系统；照明系统设置在暗室的顶部，照明系统包括具有不同波段的多光谱光源，用于对待测植物样本进行照明；图像采集系统用于对待测植物样本进行图像采集；控制系统用于控制多光谱光源不同波段的切换；称重系统设置在暗室的底部，用于对待测植物样本进行重量采集；上位机用于采集称重系统和图像采集系统的数据。
优选地，照明系统还包括结构为方形板体的支撑座、沿支撑座的四条边延伸形成有四块平板；支撑座的中间设有通孔；四块平板均为方形，且分别与支撑座所成的夹角相等；在四块平板上分别设置有LED灯条；
优选地，在支撑座的中间位置设有相机孔，图像采集系统向下穿过所述相机孔，位于称重系统的正上方。
优选地，支撑座通过支撑柱与暗室的顶部固定连接。
优选地，称重系统为千分称。
优选地，图像采集系统为黑白相机。
优选地，在培育室内设有白光光源。
优选地，在培育室内设有湿温度计。
本发明提供的植物表型采集方法，包括如下步骤：
S1、将待测植物样本放入暗室内的称重系统上；
S2、通过图像采集系统对待测植物样本进行图像采集获得图像数据，同时通过称重系统对待测植物样本进行重量采集获得重量数据；其中，在图像采集过程中，通过控制系统控制多光谱光源的循环亮灭；
S3、通过上位机采集图像采集系统的图像数据和称重系统的重量数据，获得待测植物样本的植物参数。
本发明能够取得以下技术效果：
1、将培育室与采集室相集成，能够避免浪费时间；
2、通过图像采集系统对待测植物样本进行非接触采集，避免对待测植物样本造成损伤；
3、不同波段的光源构成多光谱光源，实现对待测植物样本的不同光波段的照射。
附图说明
图1是本发明实施例的植物表型采集装置的结构示意图；
图2是本发明实施例的照明系统的结构示意图；
图3是本发明实施例的照明系统的俯视结构示意图；
图4是本发明实施例的植物表型采集方法的流程示意图；
图5是本发明实施例的待测植物样本的采集图像示意图。
其中的附图标记：暗室1、图像采集系统2、称重系统3、培育室4、托盘41、白光光源42、排风扇43、支撑座10、第一平板11、第二平板12、第三平板13、第四平板14、LED灯条15、散热孔16、支撑柱17。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
图1示出了本发明实施例提供的植物表型采集装置的结构。
如图1所示，该植物表型采集装置包括暗室1、培育室4、控制系统和上位机，暗室1用于对农作物等植物进行表型采集，培育室4用于对农作物等植物培育，暗室1与培育室4的主体结构均通过型材搭建而成，在对应于暗室1区域的型材上安装遮光板以形成暗室1，暗室1和培育室4之间通过隔断隔开，隔断能够保证暗室1的避光条件。暗室1与培育室4分别安装一个单开门。
在暗室1内设置有图像采集系统2、称重系统3和照明系统。照明系统设置在暗室1的顶部并包括多组不同波段的光源，用于对待测植物样本进行照明，图像采集系统2设置在照明系统的中间，用于对待测植物样本进行图像采集，称重系统3设置在暗室1的底部，用于对待测植物样本进行称重。
在本发明的一个示例中，图像采集系统2为黑白相机，用于采集待测植物样本的黑白图像，黑白相机采用Gige协议与上位机进行进行数据传输。
在本发明的另一个示例中，称重系统3为千分称，千分称采用RS232、RS485等通讯协议与上位机进行数据传输。
图2和图3分别示出了本发明实施例的照明系统的结构。
如图2和图3所示，照明系统包括结构为方形板体的支撑座10、沿支撑座10四条边分别延伸形成方形的第一平板11、第二平板12、第三平板13和第四平板14，第一平板11、第二平板12、第三平板13和第四平板14与支撑座10所成的夹角均相等，在第一平板11、第二平板12、第三平板13和第四平板14上分别设置有至少一个LED灯条15，实现对待测植物样本的均匀照明。
多个LED灯条15可以等间距横向、纵向或斜向布置在第一平板11、第二平板12、第三平板13和第四平板14上。相邻的LED灯条15之间的空隙用于散热。
为了进一步提高散热效率，在第一平板11、第二平板12、第三平板13和第四平板14上分别开设有散热孔16。
在每个LED灯条上排列有多个灯珠，用于实现一个波长的照明，不同的LED灯条15实现不同波段的照明，多个LED灯条15构成多光谱光源。
在支撑座10的中心位置开设有相机孔，黑白相机向下穿过该相机孔对待测植物样本图像采集。
支撑座10通过支撑柱17与暗室1顶部的型材固定连接，在支撑座10还上开设有通孔，通过螺钉17将支撑座10与支撑柱17的一端固定连接，支撑柱17的另一端通过螺钉与暗室1顶部的型材固定连接。支撑柱17保证支撑座10与暗室1的顶部具有一定距离，便于为照明系统提供散热空间。
在本发明的一个具体示例中，多光谱光源分为可见光波段和非可见光波段，可见光波段为365-370nm、450-460nm、460-470nm、495-505nm、540-560nm、600-610nm，620-625nm和690-710nm，非可见光波段为800-820nm、900-920nm、1000-1100nm。
每一个波段做成一个LED灯条15，分别固定在第一平板11、第二平板12、第三平板13、第四平板14上。
控制系统实际为单片机，单片机通过循环输出11路pwm信号控制LED灯条有效占空比，使得led灯条15在所属波段可控输出，同时在11路pwm信号的循环切换过程中，位于待测植物样本上方的黑白相机与单片机同步通信，黑白相机的曝光度等数据同时切换到对应pwm信号的设定值，经过短暂延时聚焦后进行拍照，每循环一组即11次pwm信号后将一组图像数据发送给上位机，上位机还同时采集千分称的重量数据，通过上位机进行图像处理工作，分析待测植物样本成长进度，根茎长度等数据。
在培育室4内设置有多个托盘41，将培育室4分为多层结构，每个托盘41上放置有植物。
在培育室4内还设置有为植物提供光照条件的白光光源42，白光光源42可以为白光LED灯，其固定在型材上，用于对植物进行白光照射。
在培育室4内还设置有温湿度计，用于监测培育室4内的温湿度。
在培育室4内靠近顶部的位置安装有排风扇5，通过调节白光光源42的光照强度和排风扇43的排风量来对培育室4的温湿度进行调节。
由于培育室4与暗室1相邻，所以从暗室1甄别出的合格样本能够直接送入培育室4进行培育，从而为工作人员提供便利，节省工作时间。
上述内容详细说明了本发明实施例提供的植物表型采集装置的结构。与该植物表型采集装置相对应，本发明实施例还提供一种利用植物表型采集装置实现的植物表型采集方法。
图4示出了本发明实施例的植物表型采集方法的流程。
如图4所示，本发明实施例的植物表型采集方法，包括如下步骤：
S1、将待测植物样本放入暗室内的称重系统上。
S2、通过图像采集系统对待测植物样本进行图像采集获得图像数据，同时通过称重系统对待测植物样本进行重量采集获得重量数据；其中，在图像采集过程中，通过控制系统控制多光谱光源的循环亮灭。
控制系统实际为单片机，单片机通过循环输出11路pwm信号控制LED灯条有效占空比，使得led灯条15在所属波段可控输出，同时在11路pwm信号的循环切换过程中，位于待测植物样本上方的黑白相机与单片机同步通信，黑白相机的曝光度等数据同时切换到对应pwm信号的设定值，经过短暂延时聚焦后进行拍照，每循环一组即11次pwm信号后将一组图像数据发送给上位机，上位机还同时采集千分称的重量数据。
S3、通过上位机采集图像采集系统的图像数据和称重系统的重量数据，获得待测植物样本的植物参数。
可见光成像可以测量待测植物样本的结构、宽度、密度、对称性、叶长、叶宽、叶面积、叶角度、叶颜色、叶病斑、种子颜色、种子颜色面积等多个参数。如图5所示，为4颗待筛选的植物幼苗，通过植物表型的数据采集后，可以获得每颗幼苗的具体重量，幼苗长度，以及主根的长度(每颗幼苗的最长根为主根)。还能统计出每颗幼苗的具体根数，其中只有超过种子长度的长根被计数，而未超过种子长度的短根不被计数。
根据待测植物样本的植物参数筛选出优秀幼苗，然后放入培育室中进行培育。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制。本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种植物表型采集装置，其特征在于，包括暗室(1)、培育室(4)、控制系统和上位机，所述暗室(1)与所述培育室(4)之间通过隔断隔开，其中，
在所述暗室(1)内设置有图像采集系统(2)、照明系统和称重系统(3)；
所述照明系统设置在所述暗室(1)的顶部，所述照明系统包括具有不同波段的多光谱光源，用于对待测植物样本进行照明；
所述图像采集系统(2)用于对所述待测植物样本进行图像采集；
所述控制系统用于控制所述多光谱光源不同波段的切换；
所述称重系统设置在所述暗室(1)的底部，用于对所述待测植物样本进行重量采集；
所述上位机用于采集所述称重系统(3)和所述图像采集系统(2)的数据。
2.根据权利要求1所述的植物表型采集装置，其特征在于，所述照明系统还包括结构为方形板体的支撑座(10)，沿所述支撑座(10)的四条边延伸形成有四块平板；四块平板均为方形，且分别与所述支撑座(10)所成的夹角相等；在四块平板上分别设置有LED灯条。
3.根据权利要求2所述的植物表型采集装置，其特征在于，在所述支撑座(10)的中间位置设有相机孔，所述图像采集系统(2)向下穿过所述相机孔，位于所述称重系统的正上方。
4.根据权利要求2所述的植物表型采集装置，其特征在于，所述支撑座(10)通过支撑柱与所述暗室(1)的顶部固定连接。
5.根据权利要求1所述的植物表型采集装置，其特征在于，所述称重系统(3)为千分称。
6.根据权利要求1所述的植物表型采集装置，其特征在于，所述图像采集系统(2)为黑白相机。
7.根据权利要求1所述的植物表型采集装置，其特征在于，在所述培育室(4)内设有白光光源。
8.根据权利要求1所述的植物表型采集装置，其特征在于，在所述培育室(4)内设有湿温度计。
9.一种利用权利要求1-8的任一项所述的植物表型采集装置实现的植物表型采集方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将待测植物样本放入暗室(1)内的称重系统(3)上；
S2、通过图像采集系统(2)对所述待测植物样本进行图像采集获得图像数据，同时通过所述称重系统(3)对所述待测植物样本进行重量采集获得重量数据；其中，在图像采集过程中，通过控制系统控制多光谱光源的循环亮灭；
S3、通过上位机采集所述图像采集系统(2)的图像数据和所述称重系统(3)的重量数据，获得所述待测植物样本的植物参数。
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