[發明專利]一種應用于根盒土壤中水稻根系二維圖像采集裝置

在審

• 申請號: 201710859159.2
• 申請日: 2017-09-09
• 公開（公告）號: CN107655888A
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發明（設計）人: 楊萬能;葉軍立;馮慧;黃成龍;段凌鳳;張東;陳國興;熊立仲
• 申請（專利權）人: 華中農業大學
• 主分類號: G01N21/84
• 分類號: G01N21/84
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于機器視覺檢測技術，具體涉及一種通過可見光成像技術對土壤中水稻根系二維性狀測量的裝置。該發明能夠用在水稻根系表型的在線檢測平臺上，自動檢測水稻根系的表型特征，例如根長、根系面積、不同深度根系面積和密度、根系平均半徑、質心位置、最大扎根區域等。適用于數字化農業領域。

背景技術

水稻根系在水稻植株生長中具有非常重要的作用，水稻根系不僅是水稻植株吸收水分和營養的器官，而且是多種激素和氨基酸的合成場所，另外水稻根系通過分泌植物激素、有機酸等物質影響著植株土壤微生物的生態環境，根系的相關性狀和產量有著密切的聯系，根系的結構能夠影響整個植株對土壤中營養資源的有效利用，根系的結構在很大程度上間接影響了水稻的產量，因此研究水稻根系表型具有非常重要的理論和實踐意義。

傳統的水稻根系研究大多都是依靠人工，將水稻根系從土壤中挖出洗凈之后進行測量，獲取根系的長度、直徑以及相關生物量等一些性狀參數，這種傳統的方法非常耗費勞動力，人工成本太高，而且效率低下，對水稻根系也有損傷，數據量大時人工測量會因為測量人員的主觀意識導致測量誤差偏大，另外人工測量難以對全生育期的水稻根系進行動態測量。

發明內容

本發明的目的就是為了克服人工測量的不足，提高測量效率，減少人工成本的投入，提供一種高通量、準確、自動化測量水稻根系性狀的裝置。

本發明由輸送系統完成水稻生長根盒的移動工作，通過移動成像暗室自動定位到待測量的水稻區域，通過可見光相機采集水稻根系圖像，再通過計算機處理軟件實現水稻根系參數的計算，獲取根長、分支數量、分支角度、根系面積、不同深度根系面積和密度、根系平均面積、根系平均半徑、質心位置、最大扎根區域等性狀參數。

整個系統主要由可移動成像暗室、輸送平臺、水稻生長根盒、可編程控制器、可見光相機、機械手6個功能模塊組成。

1)成像暗室：用于為采集水稻根系圖像提供一個穩定統一的環境，避免環境光以及其他因素對水稻根系圖像采集造成干擾。

2)輸送平臺：用于運輸水稻至待檢測區域，檢測完成后將水稻送回至生長區域，輸送平臺替代人工搬運，很大程度上提高了工作效率同時節省了勞動力。

3)水稻生長根盒：為水稻正常生長提供可靠的環境，并且生長根盒向下傾斜30°的設計結構能夠使水稻根系比較好的貼著生長根盒的玻璃面生長，有利于可見光相機更好的采集水稻根系圖像，并且生長根盒上裝有滴灌系統，可自動定時定量為水稻生長提供所必須的水分。

4)可編程控制器：用于實現輸送平臺和成像暗室以及機械手的自動化運動。

5)可見光相機：用于采集水稻根系圖像，并與計算機通信，實時將采集的圖像存儲到計算機。

6)機械手：通過計算機的指令來控制水稻生長根盒的遮陽罩的開啟和關閉。

綜上所述，本發明所述的一種應用于土壤中水稻根系二維性狀測量裝置的技術特點包括：

1)輸送平臺將水稻輸送至指定的待檢測區域，成像暗室自動定位到待檢測的水稻區域。

2)機械手自動完成生長根盒可伸縮黑色疊布的拉申和收縮，水稻正常生長情況下黑色疊布處于拉伸狀態，環境光不會對水稻根系的生長產生影響，采集根系圖像時黑色疊布收縮，使可見光相機能夠獲取水稻根系圖像。

3)生長根盒裝有滴灌系統，可自動定時定量為水稻生長提供必須的水分，很大程度上減少了勞動力，提高了工作效率。

本發明的有益效果是：能夠快速的完成大批量水稻根系圖像的采集工作，再基于計算機系統可以實現水稻根系圖像的分割，最后通過軟件實現根系性狀參數的提取。

附圖說明

圖1一種應用于土壤中水稻根系二維性狀測量裝置示意圖。

圖2水稻生長根盒結構示意圖。

圖3一種應用于土壤中水稻根系二維性狀測量裝置整體示意圖。

圖4水稻根系二維性狀測量裝置測試結果圖

圖1中1-輸送平臺，2-水稻生長根盒，3-可移動成像暗室，4-圖像采集模塊，5-機械手傳動裝置，6-可伸縮黑色疊布，7-鋼化玻璃板，9-可編程控制器；圖2中8-滴灌模塊。

具體實施方式

下面結合附圖及實施案例進一步說明本發明。