[发明专利]一种应用于根盒土壤中水稻根系二维图像采集装置

说明书

技术领域

本发明属于机器视觉检测技术，具体涉及一种通过可见光成像技术对土壤中水稻根系二维性状测量的装置。该发明能够用在水稻根系表型的在线检测平台上，自动检测水稻根系的表型特征，例如根长、根系面积、不同深度根系面积和密度、根系平均半径、质心位置、最大扎根区域等。适用于数字化农业领域。

背景技术

水稻根系在水稻植株生长中具有非常重要的作用，水稻根系不仅是水稻植株吸收水分和营养的器官，而且是多种激素和氨基酸的合成场所，另外水稻根系通过分泌植物激素、有机酸等物质影响着植株土壤微生物的生态环境，根系的相关性状和产量有着密切的联系，根系的结构能够影响整个植株对土壤中营养资源的有效利用，根系的结构在很大程度上间接影响了水稻的产量，因此研究水稻根系表型具有非常重要的理论和实践意义。

传统的水稻根系研究大多都是依靠人工，将水稻根系从土壤中挖出洗净之后进行测量，获取根系的长度、直径以及相关生物量等一些性状参数，这种传统的方法非常耗费劳动力，人工成本太高，而且效率低下，对水稻根系也有损伤，数据量大时人工测量会因为测量人员的主观意识导致测量误差偏大，另外人工测量难以对全生育期的水稻根系进行动态测量。

发明内容

本发明的目的就是为了克服人工测量的不足，提高测量效率，减少人工成本的投入，提供一种高通量、准确、自动化测量水稻根系性状的装置。

本发明由输送系统完成水稻生长根盒的移动工作，通过移动成像暗室自动定位到待测量的水稻区域，通过可见光相机采集水稻根系图像，再通过计算机处理软件实现水稻根系参数的计算，获取根长、分支数量、分支角度、根系面积、不同深度根系面积和密度、根系平均面积、根系平均半径、质心位置、最大扎根区域等性状参数。

整个系统主要由可移动成像暗室、输送平台、水稻生长根盒、可编程控制器、可见光相机、机械手6个功能模块组成。

1)成像暗室：用于为采集水稻根系图像提供一个稳定统一的环境，避免环境光以及其他因素对水稻根系图像采集造成干扰。

2)输送平台：用于运输水稻至待检测区域，检测完成后将水稻送回至生长区域，输送平台替代人工搬运，很大程度上提高了工作效率同时节省了劳动力。

3)水稻生长根盒：为水稻正常生长提供可靠的环境，并且生长根盒向下倾斜30°的设计结构能够使水稻根系比较好的贴着生长根盒的玻璃面生长，有利于可见光相机更好的采集水稻根系图像，并且生长根盒上装有滴灌系统，可自动定时定量为水稻生长提供所必须的水分。

4)可编程控制器：用于实现输送平台和成像暗室以及机械手的自动化运动。

5)可见光相机：用于采集水稻根系图像，并与计算机通信，实时将采集的图像存储到计算机。

6)机械手：通过计算机的指令来控制水稻生长根盒的遮阳罩的开启和关闭。

综上所述，本发明所述的一种应用于土壤中水稻根系二维性状测量装置的技术特点包括：

1)输送平台将水稻输送至指定的待检测区域，成像暗室自动定位到待检测的水稻区域。

2)机械手自动完成生长根盒可伸缩黑色叠布的拉申和收缩，水稻正常生长情况下黑色叠布处于拉伸状态，环境光不会对水稻根系的生长产生影响，采集根系图像时黑色叠布收缩，使可见光相机能够获取水稻根系图像。

3)生长根盒装有滴灌系统，可自动定时定量为水稻生长提供必须的水分，很大程度上减少了劳动力，提高了工作效率。

本发明的有益效果是：能够快速的完成大批量水稻根系图像的采集工作，再基于计算机系统可以实现水稻根系图像的分割，最后通过软件实现根系性状参数的提取。

附图说明

图1一种应用于土壤中水稻根系二维性状测量装置示意图。

图2水稻生长根盒结构示意图。

图3一种应用于土壤中水稻根系二维性状测量装置整体示意图。

图4水稻根系二维性状测量装置测试结果图

图1中1-输送平台，2-水稻生长根盒，3-可移动成像暗室，4-图像采集模块，5-机械手传动装置，6-可伸缩黑色叠布，7-钢化玻璃板，9-可编程控制器；图2中8-滴灌模块。

具体实施方式

下面结合附图及实施案例进一步说明本发明。