【技术实现步骤摘要】
一种水稻植株及根系三维性状无损测量装置及方法
本专利技术属于机器视觉检测技术和数字化农业领域,具体涉及一种水稻植株及根系三维性状无损测量装置及方法。
技术介绍
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。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。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服上述不足,提供一种水稻植株及根系三维性状无损测量装置及方法。本专利技术的技术方案如下:一种水稻植株及根系三维性状无损测量装置,其特征在于:包括第一升降模组8、第二升降模组9、载物旋转台5、平移模组6、CT射线源3、平板探测器4、可见光传感器11、滚筒输送线7、精密运动控制器2以及计算机系统1;第一升降模组8、第二升降模组9、载物旋转台5、平移模组6均采用伺服电机驱动,每个运动机构之间既可以独立定位运动也可以 ...
【技术保护点】
1.一种水稻植株及根系三维性状无损测量装置,其特征在于:包括第一升降模组(8)、第二升降模组(9)、载物旋转台(5)、平移模组(6)、CT射线源(3)、平板探测器(4)、可见光传感器(11)、滚筒输送线(7)、精密运动控制器(2)以及计算机系统(1);第一升降模组(8)、第二升降模组(9)、载物旋转台(5)、平移模组(6)均采用伺服电机驱动,每个运动机构之间既可以独立定位运动也可以联动;可见光传感器(11)用于获取水稻植株不同角度下的2D平面图像;CT射线源(3)用于提供稳定的X射线束,平板探测器(4)用于采集CT断层平面阵列图像;滚筒输送线(7)用于将水稻盆栽(10)输送到指定的检测位置;精密运动控制器(2)用于对第一升降模组(8)、第二升降模组(9)、载物旋转台(5)、平移模组(6)进行驱动控制,计算机系统(1)实现CT图像自动采集、可见光图像自动采集、可见光图像SFM3D重建、CT图像自动重建、植株整株三维建模和修正、植株表型性状提取、根系表型性状提取、图像及数据存储管理、下位机自动通讯控制以及整个系统的信息全自动接收及处理。/n
【技术特征摘要】
1.一种水稻植株及根系三维性状无损测量装置,其特征在于:包括第一升降模组(8)、第二升降模组(9)、载物旋转台(5)、平移模组(6)、CT射线源(3)、平板探测器(4)、可见光传感器(11)、滚筒输送线(7)、精密运动控制器(2)以及计算机系统(1);第一升降模组(8)、第二升降模组(9)、载物旋转台(5)、平移模组(6)均采用伺服电机驱动,每个运动机构之间既可以独立定位运动也可以联动;可见光传感器(11)用于获取水稻植株不同角度下的2D平面图像;CT射线源(3)用于提供稳定的X射线束,平板探测器(4)用于采集CT断层平面阵列图像;滚筒输送线(7)用于将水稻盆栽(10)输送到指定的检测位置;精密运动控制器(2)用于对第一升降模组(8)、第二升降模组(9)、载物旋转台(5)、平移模组(6)进行驱动控制,计算机系统(1)实现CT图像自动采集、可见光图像自动采集、可见光图像SFM3D重建、CT图像自动重建、植株整株三维建模和修正、植株表型性状提取、根系表型性状提取、图像及数据存储管理、下位机自动通讯控制以及整个系统的信息全自动接收及处理。
2.根据权利要求1所述的水稻植株及根系三维性状无损测量装置,其特征在于:
计算机系统(1)内置了测量系统,测量系统具体包括:
硬件控制模块,用于实现计算机系统(1)与精密运动控制器(2)的通信;通过计算机系统(1)发送控制指令给精密运动控制器(2),进而控制滚筒输送线(7)进行盆栽水稻输送功能;同时通过精密运动控制器(2)驱动第一升降模组(8)、第二升降模组(9)及载物旋转台(5),精准控制水稻盆栽的角度旋转和高度升降;
图像采集模块,每当水稻盆栽(10)旋转一个角度并升降一个高度后,通过平板探测器(4)采集水稻盆栽(10)的根系断层图像,以此来控制CT射线源(3)、平板探测器(4)与载物旋转台(5)、第一升降模组(8)、第二升降模组(9)的有序协调运行;
图像处理模块,用于对采集到的水稻根系断层图像通过FDK算法进行图像重建,并对重建后的图像进行图像处理;还用于对可见光传感器(11)获取到的不同角度下水稻盆栽(11)的2D图像,通过运动恢复结构算法SFM进行三维重建,然后对重建后的水稻植株图像进行三维点云分析;还用于将通过FDK算法获取得到的水稻根系三维数据模型与通过运动恢复结构算法SFM获取得到的水稻植株三维数据模型进行融合,获得水稻整株的三维模型,并对整株的三维模型进行可视化分析,通过标准样品进行效果测试和修正,计算株型参数和根系性状参数,对结果进行输出显示。
3.根据权利要求1所述的水稻植株及根系三维性状无损测量装置,其特征在于:
CT射线源(3)与第二升降模组(9)连接在一起,平板探测器(4)与第一升降模组(8)连接在一起,通过精密运动控制器(2)实现CT射线源(3)和平板探测器(4)的同步上升和下降。
4.根据权利要求1所述的水稻植株及根系三维性状无损测量装置,其特征在于:
滚筒输送线(7)用于实现水稻盆栽(10)在种植区域(13)与载物旋转台(5)之间的输送;滚筒输送线(7)包含不锈钢滚筒(15),实现水稻盆栽(10)的传动;不锈钢滚筒(15)采用包胶结构,用于增大摩擦力,为水稻盆栽(10)的传动提供稳定的动力;滚筒输送线(7)...
【专利技术属性】
技术研发人员:杨万能,叶军立,冯慧,翟瑞芳,段凌凤,黄成龙,宋鹏,陈国兴,熊立仲,
申请(专利权)人:华中农业大学,
类型:发明
国别省市:湖北;42
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