[发明专利]基于双曲面反射镜的植物根系监测系统

说明书

技术领域

本发明涉及植物根系监测领域，特别是涉及一种利用双曲面反射镜成像的植物根系监测系统。

背景技术

根是植物适应陆上生活而逐渐形成的器官，它具有吸收、固着、输导、合成、存储和繁殖等功能。只有生长发育良好的根系才能满足植物生长需要。因此，研究根系生长对了解植物对养分水分的需求及其环境的关系具有十分重要的意义。由于根系生长在地下，测量不是很方便。因此，植物根系生长的原位观测和定量测定一直是世界上根系生物学研究的难点之一。目前，国外生产观测根系生长状况的公司，主要有美国与加拿大合资的公司CID，生产的CI-600植物根系生长监测系统，所用传感器是接触式图像传感器CIS，扫描出的图像景深小、容易出现图像杂乱、研究主体不突出，非常不利于后期分析，而且CIS必须经过15秒扫描才能获取一幅图像，连续采集6幅图像需要90s，这样研究者在图像抓取上很被动，会大大降低研究效率。还有美国Barz Technology Corporation公司开发的ET-100根系生态监测系统，这个根系监测系统，测量窗口大约为20mm*20mm，所用管壁长1800mm，直径50mm，通过该窗口观测整个管壁四周的根系图像，摄像头需要在水平方向上旋转706次，竖直方向上需要移动90次，最后还要做706次水平方向上图像拼接和90次竖直方向上图像拼接。可见，要完成整个根系图像的采集，操作比较繁琐、机械设计也相当复杂，不仅要控制摄像头的旋转还要控制摄像头的移动，后续图像处理也比较麻烦。上述的根系监测系统，价格也非常昂贵，一般的农业科研单位难于承受。国内，主要有东北林业大学设计的植物根系图像监测分析系统，也是需要控制摄像头在水平方向旋转和竖直方向上移动，最后把水平面上不同角度测量的根系图像和在垂直方向上不同深度的根系图像分别进行拼接。由上可见，目前的根系监测系统，机械设计比较复杂，后续的图像处理比较繁琐，需要把水平方向上采集的图像和不同深度的根系图像分别进行拼接。因此，设计一种操作方便、机械结构简单、成本低、效率高、且方便后续图像处理的根系监测系统成为亟待解决的问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：克服现有根系监测系统的缺陷，降低监测系统的复杂度和成本，提高其效率，实现监测系统直接对植物根系进行原位生长状态的可视化观察。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于双曲面反射镜的植物根系监测系统，其包括：

微根管，安装在被测植物所生长的田间；

双曲面反射镜，安装在所述微根管内部；

数字摄像单元，安装在所述微根管内部，设置在所述双曲面反射镜上方，其连接有图像采集卡。

上述基于双曲面反射镜的植物根系监测系统中，所述双曲面反射镜通过固定架安装在所述微根管内部。

上述基于双曲面反射镜的植物根系监测系统中，所述数字摄像单元包括：

CCD摄像机，设置在所述固定架上方，所述CCD摄像机的镜头安装在所述固定架上端；

紫外光源，安装在固定架外表面上，其靠近所述镜头。

上述基于双曲面反射镜的植物根系监测系统中，还包括：轨道定位单元，安装在所述微根管内部，与所述CCD摄像机连接。

上述基于双曲面反射镜的植物根系监测系统中，所述轨道定位单元包括：

齿轮，设置在所述微根管顶端；

齿条，其一端与所述CCD摄像机上端连接，另一端伸出所述微根管外部，并与所述齿轮啮合；

定位轮，分别设置在所述CCD摄像机顶端侧面和所述固定架底端侧面。

上述基于双曲面反射镜的植物根系监测系统中，所述微根管设置为透明聚氯乙烯硬管。

上述基于双曲面反射镜的植物根系监测系统中，所述数字摄像单元还包括：定位针，安装在所述双曲面反射镜的中心轴线上。

上述基于双曲面反射镜的植物根系监测系统中，所述齿条侧面设有刻度。

上述基于双曲面反射镜的植物根系监测系统中，所述齿条设置为空心，所述CCD摄像机与所述图像采集卡之间的连接装置放置于齿条的空心区域内。

上述基于双曲面反射镜的植物根系监测系统中，所述定位轮上设置有滚轮，所述数字摄像单元固定于所述滚轮上。

(三)有益效果