【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及植物地上生物量无损估测，更具体地说，涉及一种自动化植物多视角成像系统，以及融合多特征表型数据的植物生物量无损提取方法。
技术介绍
1、生物量是植物在生长发育过程中光合作用的产物，与植物产量密切关联，基于该表型特征能够有效反映植物长势、水肥营养情况以及生态系统结构与生态功能的优劣，也是表征植物生态系统碳储量的重要指标。生物量实际是指在一定时间内单位空间中植物所产有机质的累积量(干重)，常被视为产量测定和水肥利用效率的主要因素，包括地上部分和地下部分，目前，生物量研究主要集中在地上生物量。地上生物量指植物组织地面以上部分的质量，由植物进行光合作用的干物质积累形成，是表型特征中非常重要的产量功能性状之一，也是反映植物长势、计算净初级生产量和生长速率的基础，并以此来量化植物对环境条件及水肥管理措施的反应，评价农作区生态状况。植物生物量获取的传统方法多以人工干燥法实测植物地上部分的干重为主，即将植物采摘剪割取样完成后，不经任何处理直接把各器官(如叶片、茎、花和果实等)分开测定鲜重，放置于烘箱中干燥至恒重，再称取干重。这种传统方法不仅破坏性强，而且工作周期长、人力物力耗费大、测量效率低。在面对大规模片区的植物生物量获取时，难以克服由于工作周期长导致实测数据时效性差的难题，影响最终测定与评估植物长势信息模型的精度，无法为植物培育提供高效的决策支持。
2、随着机器学习、成像传感器的不断发展，基于图像信息提取植物表型正逐渐成为农林资源信息调查的主要手段，如利用光谱相机、激光雷达获取植物多波段光谱信息、三维点云数据，可用作
3、可见光相机是一种成本低、普适性强、操作简单的成像传感器，在多种场景和多种尺度下的表型信息获取中都得到了广泛的应用。该成像传感器在实际应用中的问题为，在长时间自然环境采集条件下，随时间推移导致的光照环境差异会使得植物表面的光线入射角度和光的强度发生变化，传感器记录的植物颜色信息会因此发生改变，从而导致利用植物图像信息评估生物量信息时，模型精度受到一定程度影响。
4、利用暗箱提供稳定可靠的光源，可以很大程度上避免这个问题。在暗箱中采集图像时，成像的空间位置固定，光照强度、植物所处温度及光线投射到植物叶片的入射、反射角度皆能因为稳定的控制而保持统一，最大程度确保植物本身的信息的真实性和完整性来提升图像采集的质量。
5、另外，植物的生长是一个复杂冗余的动态变化过程，仅从单一角度对植物进行拍摄会存在枝叶遮挡、交叉褶皱及重叠的问题，不能全面、完整地获得处于复杂冠层结构中的植物外观形态信息，导致植物形态学表型参数(如投影面积、叶片数量)估算精度低、误差大等问题。以多个视角对植物采集二维图像，并计算其颜色和形态结构信息的平均值，降低植物由于枝条叶片相互重叠遮挡而给图像参数测量带来的误差。同时，结合优化算法对回归模型中的参数进行寻优，以确定模型的最佳核心参数，缩小训练集与测试集之间的精度差距，有助于提升植物生物量估算精度和模型的泛化能力。
6、综上所述，为了改变传统生物量测定方法(采摘-干燥-天平称重)的破坏性方式，克服现有植物表型采集技术因成像光照差异、流体空间异质性而不能提供稳定成像环境，导致无法满足处于不同生长时空下植物表型采集需求，需要提供一种新的图像采集结构和无损式的生物量提取方法。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种自动化植物多视角成像系统和植物生物量提取方法，本自动化植物多视角成像系统和植物生物量提取方法可以实现暗箱自动开闭，从而形成封闭、光照稳定统一的成像环境，实现低成本、高通量的植物图像采集，提高数据获取效率与精度；同时，利用图像处理得到的形态、颜色、纹理信息，结合机器学习方法反演地上生物量，实现单株植物生物量的无损分析。
2、为实现上述技术目的，本专利技术采取的技术方案为：
3、一种自动化植物多视角成像系统，包括：传送带系统、自动化暗箱封闭模块、暗箱和多视角成像机构；
4、所述暗箱设置在传送带系统的框架上；
5、所述暗箱的前侧面开设有入口，暗箱的后侧面开设有出口；
6、所述自动化暗箱封闭模块包括前封闭门、后封闭门、入口处l型载门架和出口处u型载门架；所述前封闭门的底部与入口处l型载门架的一边连接，后封闭门的底部与出口处u型载门架的一边连接，所述入口处l型载门架和出口处u型载门架传动连接；
7、所述入口处l型载门架和出口处u型载门架分别转动设置在传送带系统的框架上，所述前封闭门位于暗箱的入口位置且前封闭门用于打开和闭合暗箱的入口，所述后封闭门位于暗箱的出口位置且后封闭门用于打开和闭合暗箱的出口；
8、所述暗箱内侧顶部连接有用于多视角采集植物图像的多视角成像机构。
9、作为本专利技术进一步改进的技术方案，还包括承重架，所述传送带系统设置在承重架上。
10、作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述暗箱包括暗箱框架和包裹在暗箱框架外的黑色遮光幕布；所述前封闭门和后封闭门均采用遮光门板。
11、作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述入口处l型载门架和出口处u型载门架通过皮带齿轮结构传动连接；
12、所述皮带齿轮结构包括传动支架、皮带、带轮一、带轮二、带轮轴一、带轮轴二、齿轮一、齿轮二和齿轮轴，传动支架固定连接在传送带系统的框架上，传动支架上转动连接有带轮轴一、带轮轴二和齿轮轴，带轮轴一连接有带轮一，带轮轴一与入口处l型载门架的拐角位置连接，带轮轴二连接有带轮二和齿轮一，带轮一与带轮二通过皮带连接，齿轮一与齿轮二啮合，齿轮轴与齿轮二连接，齿轮轴与出口处u型载门架的拐角位置连接。
13、作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述多视角成像机构包括中心轴、外轴套、伺服电机、主动锥齿轮、从动锥齿轮、电动推杆、伸缩杆、成像传感器一和成像传感器二；所述中心轴顶部与暗箱顶部连接，所述中心轴底部通过快拆板与成像传感器一连接，所述中心轴的外部套有外轴套且外轴套能相对于中心轴转动，外轴套顶部与暗箱顶部转动连接，外轴套与从动锥齿轮连接，伺服电机通过电机安装板与暗箱连接，伺服电机的输出端与主动锥齿轮连接，主动锥齿轮与从动锥齿轮啮合，从动锥齿轮与横杆连接，横杆上连接有电动推杆，电动推杆的输出端垂直连接有伸缩杆，伸缩杆的另一端连接有成像传感器二。
14、作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述暗箱的内部连接有多个光源，所述成像传感器一和成像传感器二均采用可见光相机。
15、作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述传送带系统内的驱本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种自动化植物多视角成像系统，其特征在于，包括：传送带系统、自动化暗箱封闭模块、暗箱和多视角成像机构；
2.根据权利要求1所述的自动化植物多视角成像系统，其特征在于，还包括承重架，所述传送带系统设置在承重架上。
3.根据权利要求1所述的自动化植物多视角成像系统，其特征在于，所述暗箱包括暗箱框架和包裹在暗箱框架外的黑色遮光幕布；所述前封闭门和后封闭门均采用遮光门板。
4.根据权利要求1所述的自动化植物多视角成像系统，其特征在于，所述入口处L型载门架和出口处U型载门架通过皮带齿轮结构传动连接；
5.根据权利要求4所述的自动化植物多视角成像系统，其特征在于，所述多视角成像机构包括中心轴、外轴套、伺服电机、主动锥齿轮、从动锥齿轮、电动推杆、伸缩杆、成像传感器一和成像传感器二；所述中心轴顶部与暗箱顶部连接，所述中心轴底部通过快拆板与成像传感器一连接，所述中心轴的外部套有外轴套且外轴套能相对于中心轴转动，外轴套顶部与暗箱顶部转动连接，外轴套与从动锥齿轮连接，伺服电机通过电机安装板与暗箱连接，伺服电机的输出端与主动锥齿轮连接，主动锥齿轮与从动
6.根据权利要求5所述的自动化植物多视角成像系统，其特征在于，所述暗箱的内部连接有多个光源，所述成像传感器一和成像传感器二均采用可见光相机。
7.根据权利要求1所述的自动化植物多视角成像系统，其特征在于：所述传送带系统内的驱动电机、多视角成像机构中的电动推杆、伺服电机、成像传感器一和成像传感器二以及光源分别连接有电源。
8.一种根据权利要求7所述的自动化植物多视角成像系统的植物生物量提取方法，其特征在于，包括：
9.根据权利要求8所述的自动化植物多视角成像系统的植物生物量提取方法，其特征在于，所述的步骤7中，图像处理模块进行图像处理，获取植物的生物量的具体步骤包括：
...【技术特征摘要】
1.一种自动化植物多视角成像系统，其特征在于，包括：传送带系统、自动化暗箱封闭模块、暗箱和多视角成像机构；
2.根据权利要求1所述的自动化植物多视角成像系统，其特征在于，还包括承重架，所述传送带系统设置在承重架上。
3.根据权利要求1所述的自动化植物多视角成像系统，其特征在于，所述暗箱包括暗箱框架和包裹在暗箱框架外的黑色遮光幕布；所述前封闭门和后封闭门均采用遮光门板。
4.根据权利要求1所述的自动化植物多视角成像系统，其特征在于，所述入口处l型载门架和出口处u型载门架通过皮带齿轮结构传动连接；
5.根据权利要求4所述的自动化植物多视角成像系统，其特征在于，所述多视角成像机构包括中心轴、外轴套、伺服电机、主动锥齿轮、从动锥齿轮、电动推杆、伸缩杆、成像传感器一和成像传感器二；所述中心轴顶部与暗箱顶部连接，所述中心轴底部通过快拆板与成像传感器一连接，所述中心轴的外部套有外轴套且外轴套能相对于中心轴转动，外轴套顶部与暗...
【专利技术属性】
技术研发人员：张慧春，田啟飞，边黎明，周宏平，郑加强，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。