一种基于双圆筒栽培容器的植物根系自动化成像系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于双圆筒栽培容器的植物根系自动化成像系统，该系统包括透明根系栽培容器；栽培框，用于装载多个所述透明根系栽培容器；可移动栽培车，用于在遮光室和栽培区域之间转移装载有所述透明根系栽培容器的栽培框；自动成像平台，包括置于所述遮光室内的主台架以及滑动设置在所述主台架上的龙门起吊机构；所述主台架自所述遮光室的入口处向内依次分为进样区、第一中转区、成像区和第二中转区；所述龙门起吊机构在成像过程中将装载有所述透明根系栽培容器的栽培框以及所述透明根系栽培容器在所述第一中转区、成像区、第二中转区以及进样区之间进行轮转，以进行高通量的根系成像并获取作物根系表型数据。

An Automatic Imaging System of Plant Root Based on Double Cylinder Cultivation Container

【技术实现步骤摘要】
一种基于双圆筒栽培容器的植物根系自动化成像系统
本专利技术涉及一种根系动态生长实时监测系统，特别涉及一种基于双圆筒栽培容器的植物根系自动化成像系统。
技术介绍
基因-环境-表型互作机理的研究需借助以大数据为核心的现代化信息技术。随着测序技术效率的提升以及成本的降低，作物基因组数据不断增长和完善；而当前表型信息获取技术滞后，导致其无法匹配庞大的基因组学数据，严重阻碍了育种进程。构建表型组信息无损、高效、系统性收集的自动化设备成为农学、植物生理学和遗传育种学等亟需解决的热点问题。近年来，诸多学术机构和企业致力于表型测定平台的研发。目前，地上部表型测定技术较为成熟，大都基于“Plant-to-Sensor”的传送带运行模式并结合数字相机的360度成像来收集作物的表型信息。由于根系生长介质的不透明性及根系结构的复杂性，根系的观察和测定都十分困难。研究学者尝试采用X射线的计算机断层扫描法或核磁共振成像MRI等方法来测定土壤中根系，但这些方法由于低分辨率仅能获取有限的根系表型信息，另外还存在栽培容器小、通量低、耗时长、设备不可移动且价格昂贵等缺点。采用低成本的成像传感器获取根系图像是目前较为流行的根系测定方法。德国尤利西研究中心研发的GROWSCREEN-Rhizo可对窄根盒中的根系成像，但该方法只能获取部分碎片化根系表型信息，且在栽培根系较大的作物如须根系作物玉米等时，窄根盒限制了根系的生长空间，导致成像窗中根系重叠严重，获取的根系图像损失较多的根系表型信息。综上所述，现存的根系表型测定平台只能获取较小的植株根系表型信息，且普遍存在通量低、设备成本高昂、空间利用率低等问题。另外，现存的表型测定平台无法在同时获取地上和地下部表型信息间取得很好的平衡。基于传送带的运输方式其通量扩展容易实现，但其配套设备成本高昂，尤其对于超大型作物表型平台，全部配置传送系统的费用极高。采用模块化的移动苗床栽培系统可以有效减少自动传送系统的配置数目，可大幅降低建造成本。因此，基于模块化的设计理念，以同时获取地上和地下部作物表型信息为出发点，开发一套高通量、自动化的作物表型测定平台，从而满足规模化表型数据获取以及作物育种科学研究的要求。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种基于双圆筒栽培容器的植物根系自动化成像系统，该系统能够满足高通量作物栽培、根系成像和地上部成像的要求，实现作物表型的高通量、自动化实时监测获取。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案，一种基于双圆筒栽培容器的植物根系自动化成像系统，其特征在于：该系统包括透明根系栽培容器；栽培框，用于装载多个所述透明根系栽培容器；可移动栽培车，用于在遮光室和栽培区域之间转移装载有所述透明根系栽培容器的栽培框；自动成像平台，包括置于所述遮光室内的主台架以及滑动设置在所述主台架上的龙门起吊机构；所述主台架自所述遮光室的入口处向内依次分为进样区(、第一中转区、成像区和第二中转区；所述龙门起吊机构在成像过程中将装载有所述透明根系栽培容器的栽培框以及所述透明根系栽培容器在所述第一中转区、成像区、第二中转区以及进样区之间进行轮转，以进行高通量的根系成像并获取作物根系表型数据。优选地，所述透明根系栽培容器包括栽培底座，相互嵌套并固定在所述栽培底座上的透明内筒和透明外筒，所述透明内筒的顶部设置透明顶盖，所述透明外筒的上下开放；所述透明内筒和透明外筒之间形成根系环形栽培空间，在所述根系环形栽培空间的上方罩置遮光盖，所述遮光盖搭接在所述透明内筒和透明外筒的顶部；在所述栽培底座上开设与所述透明内筒的内腔连通的中心孔。优选地，在所述栽培底座上同轴设置两圆环凹槽，所述透明内筒和透明外筒的底部分别嵌设到对应的所述圆环凹槽内，在所述透明外筒的底部外壁上粘固一圆环，在所述栽培底座上且绕所述圆环的圆周方向间隔设置多个凸台，每一所述凸台上固定连接一压板，所述压板的自由端压置在所述圆环的顶部；在两所述环形凹槽之间的侧壁上间隔开设多个小孔。优选地，所述栽培框为长方体框架，其底部纵横梁交错分布划分出多个矩形区域，每一矩形区域内竖向间隔放置多个透明根系栽培容器，所述栽培框的顶部间隔条纵横交错形成多个矩形口；每一所述透明根系栽培容器与一所述矩形口对应，所述透明根系栽培容器的顶部伸入所述矩形口内，所述透明根系栽培容器顶部的遮光盖搭在所述矩形口的顶部四边缘，在所述栽培框的侧面四周装有遮光板。优选地，所述可移动栽培车包括承载框架、安装于所述承载框架底部四角的行走轮以及安装在所述承载框架底部的自动导引运输车；在所述承载框架的顶面设置两锥台，且两所述锥台呈对角设置，所述栽培框的底部设置有与所述锥台配合的锥套。优选地，龙门起吊机构包括：龙门架，滑动设置在所述主台架上；两垂直滑台组件，上下滑动地设置在所述龙门架上的两竖向架体上，用于与栽培框配合并带动其上下运动；水平滑台组件，垂直悬设在所述龙门架上的水平架体上，并能够沿水平架体的长度方向滑动；夹取提升组件，连接在所述水平滑台组件上，用于夹取并带动所述透明根系栽培容器沿所述水平滑台组件上下运动。优选地，每一所述垂直滑台组件包括滑动地设置在所述竖向架体上的滑台，固定设置在所述滑台底部两侧的两下卡接部，以及驱动所述滑台沿所述竖向架体上下滑动的驱动机构，在所述栽培框上设置与所述下卡接部配合的上卡接部；水平滑台组件包括垂直悬设在所述水平架体的下方的悬臂，以及驱动所述悬臂沿所述水平架体滑动的驱动机构；夹取提升组件包括套置在所述悬臂外部的滑管，设置在所述悬臂和滑管之间并驱动所述滑管沿所述悬臂上下滑动的驱动机构，以及设置在所述滑管下端的夹取机构。优选地，所述夹取机构包括对称设置在所述滑管下端两侧的两对L型座叉，以及固定在所述滑管下端的压头装置；所述压头装置包括杠杆座、横杆、连杆以及压头；所述杠杆座固定设置在所述滑管的下端，所述横杆转动穿设在杠杆座上，所述杠杆座的上方设置用于带动所述横杆转动的驱动机构，在每对L型座叉上枢接两所述连杆，每一所述连杆的前端设置一压头，每一所述连杆的后端固定在所述横杆上。优选地，所述第一中转区内设置有多个中转台，且多个所述中转台在所述第一中转区内的分布与所述栽培框底部的多个所述矩形区域的分布相一致；每一所述中转台上间隔设置多个中转底座，多个所述中转底座在所述第一中转区的分布与所述栽培框顶部的多个所述矩形口的分布相一致；所述第二中转区和所述第一中转区的结构相同；所述成像区内设置成像平台，在所述成像平台的表面设置转动成像机构，所述转动成像机构包括设置在成像平台上的电滑台，所述电滑台的上部连接电动旋转台，所述电动旋转台上部设置栽培容器支座，在所述栽培容器支座的顶面一侧设置压紧机构；所述内壁成像立柱的一端依次穿过所述栽培容器支座、电动旋转台和电滑环中心的通孔固定在所述成像平台上，在所述内壁成像立柱的上部安装有接触式图像传感器；在内壁成像立柱的上下部分别安装一福来轮组件。优选地，在所述成像区内设置升降滑台，所述升降滑台顶部固定设置有数码相机；在所述成像区内设置栽培容器定位台，栽培容器定位台上设置有定位块，在所述定位块的顶面一侧形成台阶，在位于所述定位块顶面的其他三侧方位的所述栽培容器定位台上分别设置一气缸，且每一所述气缸的伸缩端均朝向所述栽培容器定位台。本专利技术采用以上技术方案本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于双圆筒栽培容器的植物根系自动化成像系统，其特征在于：该系统包括透明根系栽培容器(1)；栽培框(2)，用于装载多个所述透明根系栽培容器(1)；可移动栽培车(3)，用于在遮光室和栽培区域之间转移装载有所述透明根系栽培容器(1)的栽培框(2)；自动成像平台(4)，包括置于所述遮光室内的主台架(41)以及滑动设置在所述主台架(41)上的龙门起吊机构(42)；所述主台架(41)自所述遮光室的入口处向内依次分为进样区(411)、第一中转区(412)、成像区(413)和第二中转区(414)；所述龙门起吊机构(42)在成像过程中将装载有所述透明根系栽培容器(1)的栽培框(2)以及所述透明根系栽培容器(1)在所述第一中转区(412)、成像区(413)、第二中转区(414)以及进样区(411)之间进行轮转，以进行高通量的根系成像并获取作物根系表型数据。

【技术特征摘要】
1.一种基于双圆筒栽培容器的植物根系自动化成像系统，其特征在于：该系统包括透明根系栽培容器(1)；栽培框(2)，用于装载多个所述透明根系栽培容器(1)；可移动栽培车(3)，用于在遮光室和栽培区域之间转移装载有所述透明根系栽培容器(1)的栽培框(2)；自动成像平台(4)，包括置于所述遮光室内的主台架(41)以及滑动设置在所述主台架(41)上的龙门起吊机构(42)；所述主台架(41)自所述遮光室的入口处向内依次分为进样区(411)、第一中转区(412)、成像区(413)和第二中转区(414)；所述龙门起吊机构(42)在成像过程中将装载有所述透明根系栽培容器(1)的栽培框(2)以及所述透明根系栽培容器(1)在所述第一中转区(412)、成像区(413)、第二中转区(414)以及进样区(411)之间进行轮转，以进行高通量的根系成像并获取作物根系表型数据。2.如权利要求1所述的一种基于双圆筒栽培容器的植物根系自动化成像系统，其特征在于：所述透明根系栽培容器(1)包括栽培底座(10)，相互嵌套并固定在所述栽培底座(10)上的透明内筒和透明外筒(12)，所述透明内筒的顶部设置透明顶盖，所述透明外筒(12)的上下开放；所述透明内筒和透明外筒(12)之间形成根系环形栽培空间，在所述根系环形栽培空间的上方罩置遮光盖(13)，所述遮光盖(13)搭接在所述透明内筒和透明外筒(12)的顶部；在所述栽培底座(10)上开设与所述透明内筒的内腔连通的中心孔。3.如权利要求2所述的一种基于双圆筒栽培容器的植物根系自动化成像系统，其特征在于：在所述栽培底座(10)上同轴设置两圆环凹槽，所述透明内筒和透明外筒(12)的底部分别嵌设到对应的所述圆环凹槽内，在所述透明外筒(12)的底部外壁上粘固一圆环(14)，在所述栽培底座(10)上且绕所述圆环(14)的圆周方向间隔设置多个凸台(15)，每一所述凸台(15)上固定连接一压板(16)，所述压板(16)的自由端压置在所述圆环(14)的顶部；在两所述环形凹槽(16)之间的侧壁上间隔开设多个小孔。4.如权利要求2所述的一种基于双圆筒栽培容器的植物根系自动化成像系统，其特征在于：所述栽培框(2)为长方体框架，其底部纵横梁交错分布划分出多个矩形区域(21)，每一矩形区域(21)内竖向间隔放置多个透明根系栽培容器(1)，所述栽培框(2)的顶部间隔条(22)纵横交错形成多个矩形口(23)；每一所述透明根系栽培容器(1)与一所述矩形口(23)对应，所述透明根系栽培容器(1)的顶部伸入所述矩形口(23)内，所述透明根系栽培容器(1)顶部的遮光盖(13)搭在所述矩形口(23)的顶部四边缘，在所述栽培框(2)的侧面四周装有遮光板。5.如权利要求1所述的一种基于双圆筒栽培容器的植物根系自动化成像系统，其特征在于：所述可移动栽培车(3)包括承载框架(31)、安装于所述承载框架(31)底部四角的行走轮(32)以及安装在所述承载框架(31)底部的自动导引运输车；在所述承载框架(31)的顶面设置两锥台(33)，且两所述锥台(33)呈对角设置，所述栽培框(2)的底部设置有与所述锥台(33)配合的锥套(24)。6.如权利要求1所述的一种基于双圆筒栽培容器的植物根系自动化成像系统，其特征在于，龙门起吊机构(42)包括：龙门架(421)，滑动设置在所述主台架(41)上；两垂直滑台组件(422)，上下滑动地设置在所述龙门架(421)上的两竖向架体(4211)上，用于与栽培框(2)配合并带动其上下运动；水平滑台组件(423)，垂直悬设在所述龙门架(421)上的水平架体(4212)上，并能够沿水平架体(4212)的长度方向滑动；夹取提升组件(424)，连接在所述水平滑台组件(423)上，用于夹取并带动所述透明根系栽培容器(1)沿所述水平滑台组件(423)上下运动。7.如权利要求6所述的一种基于双圆筒...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴劼，姜东，丁艳锋，
申请(专利权)人：南京农业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32