【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及植株抗旱研究，具体为基于根盒的图像采集装置。
技术介绍
1、干旱是世界性难题，不仅会影响作物生长，还会降低生物多样性，严重的会制约农业发展，棉花作为主要抗旱作物，也是我们的主要粮食之一，种植面积广泛，研究其抗旱程度对土壤防治具有重要意义，干旱胁迫下，植株的地上部分表型变化最为明显，大量的实验从分子生物学方面进行验证棉花的抗旱机制，多是针对棉花植株的地上部表型信息探究抗旱机制；
2、但是目前的棉花抗旱研究中，缺乏对根系和地上部表型信息共同的研究，导致抗旱棉花品种的遴选时不够全面，且根系图像的采集装置采集效率低，根系图像的分析受到土壤的遮挡影响。
技术实现思路
1、本专利技术提供基于根盒的图像采集装置，可以有效解决上述
技术介绍
中提出缺乏对根系和地上部表型信息共同的研究，导致抗旱棉花品种的遴选时不够全面，且根系图像的采集装置采集效率低，根系图像的分析受到土壤的遮挡影响的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：基于根盒的图像采集装置，包括主放置架，所述主放置架的中部放置有若干个顶部倾斜的支撑组件，所述支撑组件的顶部放置有栽种棉花植株的透明根盒，所述主放置架一侧放置有辅助置物架，所述辅助置物架顶部安装有直线运动单元，所述直线运动单元顶部安装有推拉组件，所述直线运动单元一侧安装有采集透明根盒图像的图像采集组件；
3、所述支撑组件包括置物导轨、限位长杆、延伸撑板、支撑斜台和防护外框；
4、所述主放置架中部卡接安装有置物
5、所述直线运动单元包括直线导轨、电机和滑块；
6、所述辅助置物架顶部边缘位置安装有直线导轨，所述直线导轨一端安装有电机，所述直线导轨顶部滑动卡接有滑块；
7、所述推拉组件包括电动推杆本体和卡接端头；
8、所述滑块顶部安装有电动推杆本体，所述电动推杆本体的动力输出端安装有卡接端头；
9、所述图像采集组件包括连接板、斜板和相机；
10、所述滑块一侧安装有连接板，所述连接板一端安装有斜板，所述斜板顶部安装有相机。
11、根据上述技术方案，所述透明根盒卡接放置在支撑斜台顶部对应防护外框内侧位置处；
12、所述延伸撑板滑动卡接在限位长杆外部。
13、根据上述技术方案，所述置物导轨设置有若干个，相邻所述置物导轨之间留有空隙。
14、根据上述技术方案，所述卡接端头的顶部为凹陷结构，所述延伸撑板的一端向下弯曲，所述卡接端头与延伸撑板向下弯曲的一端卡接。
15、根据上述技术方案，所述透明根盒与水平面的夹角为60度，所述相机的拍摄角度与透明根盒垂直。
16、根据上述技术方案，包括如下采集处理步骤：
17、s1、选取若干个将透明根盒和棉花植株，将棉花植株根系置于透明根盒中，加土进行固定，完成棉花植株的栽种；
18、s2、再将置物导轨均匀的卡接排布在主放置架中部，使每个置物导轨上都卡接一个延伸撑板，将透明根盒放置在支撑斜台上与防护外框卡接；
19、s3、对根系拍照采集时，先通过将滑块在直线导轨上滑动，使滑块带动电动推杆本体和卡接端头移动至需要拉出的延伸撑板一端，电动推杆本体推动卡接端头使卡接端头的凹陷处与延伸撑板弯曲的一端对齐，再次移动滑块带动卡接端头与对应的延伸撑板卡接；
20、s4、电动推杆本体拉动延伸撑板和透明根盒沿着置物导轨向外移动；
21、s5、相机对移出的延伸撑板上方的透明根盒进行拍摄，采集根系图像；
22、s6、一个透明根盒图像采集后，通过电动推杆本体再将延伸撑板和透明根盒推动至置物导轨顶部的原来位置；
23、s7、定期采集全部透明根盒的图像，再对图像进行标注，特征点算法匹配，最后基于表型数据的时序根系分析与生长趋势建模。
24、根据上述技术方案，所述s7中，在图像标注过程中，先由labelme软件对原位根系数据集进行标注，通过多边形工具对根系边缘进行绘制，标注类别区分为大类和小类；
25、大类包括背景，侧根和主根；
26、小类由编号1、2、3来区分同一大类间的不同个体；
27、图片标注的结果保存为json格式，不同的个体间用不同的颜色来区分；
28、再使用公共点云数据集plant3darchitectures进行训练，其txt文件中保存了点云坐标，obj文件保存了目标模型，mtl文件保存了模型材质；
29、通过rgb-d相机，围绕地上部植株围绕植株360°旋转一周后拍摄的深度图像经处理后得到点云数据集，通过labelme进行特征点标注，区分叶片，茎秆与棉花，用于迁移训练；
30、将标注好的原位根系数据集，按照7：2：1的比例划分训练集，验证集和测试集，通过实例分割网络mask r-cnn进行训练，对图像的每一条根系分别进行分割；
31、公共点云数据集plant3darchitectures，按照8：2的比例划分训练集和验证集，通过点云分割网络pointnet进行训练，训练的结果进行地上部植株的点云数据集的迁移学习；
32、在特征点算法匹配过程中，经过mask r-cnn网络分割裁剪后的时序图像根系根据拍摄时间存储在不同的文件夹，通过特征点匹配算法，每两张时序根系计算一次权重，最终保留权重最高的两幅图像，经过数次计算，可以得到每一条根系随着时间变化的图像，特征点匹配算法的权重计算公式如下：
33、weight＝mse×(1-ssim) (1)
34、其中，weight为权重，得分越低，代表两幅图像越相似；
35、mse为均方误差，是两张图片的每个像素值之间的平均差值，结果越小代表两张图片越相似；
36、ssim为结构相似性指数，通过比较两张图片的结构、亮度和对比度等方面的相似程度，结果介于-1到1之间，越接近1表示两张图片越相似；
37、mse与ssim的公式如下：
38、
39、ssim＝[l(x,y)α·c(x,y)β·s(x,y)γ] (3)
40、
41、
42、
43、其中，yi和分别指代前一张图像和后一张图像的像素值；
44、μ代表均值；
45、σ代表方差；
46、l(x,y)为亮度相对度；
47、c(x,y)为对比度相似度；
48、s(x,y)代表结构相似度；
49、α、β、γ三个幂指数用于调节三个相似度的重要性，通过实验更改三个幂指数系数来达到更精确的特征匹配；
50、经过特征点匹配算法，相同根系的时序图像被整合在同一个文件夹内，经由表型分析软件本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于根盒的图像采集装置，其特征在于：包括主放置架(1)，所述主放置架(1)的中部放置有若干个顶部倾斜的支撑组件(2)，所述支撑组件(2)的顶部放置有栽种棉花植株的透明根盒(3)，所述主放置架(1)一侧放置有辅助置物架(4)，所述辅助置物架(4)顶部安装有直线运动单元(5)，所述直线运动单元(5)顶部安装有推拉组件(6)，所述直线运动单元(5)一侧安装有采集透明根盒(3)图像的图像采集组件(7)；
2.根据权利要求1所述的基于根盒的图像采集装置，其特征在于：所述透明根盒(3)卡接放置在支撑斜台(204)顶部对应防护外框(205)内侧位置处；
3.根据权利要求1所述的基于根盒的图像采集装置，其特征在于：所述置物导轨(201)设置有若干个，相邻所述置物导轨(201)之间留有空隙。
4.根据权利要求1所述的基于根盒的图像采集装置，其特征在于：所述卡接端头(602)的顶部为凹陷结构，所述延伸撑板(203)的一端向下弯曲，所述卡接端头(602)与延伸撑板(203)向下弯曲的一端卡接。
5.根据权利要求1所述的基于根盒的图像采集装置，其特征在
6.根据权利要求1-5中任一项所述的基于根盒的图像采集装置，其特征在于：包括如下采集处理步骤：
7.根据权利要求6所述的基于根盒的图像采集装置，其特征在于：所述S7中，在图像标注过程中，先由Labelme软件对原位根系数据集进行标注，通过多边形工具对根系边缘进行绘制，标注类别区分为大类和小类；
...【技术特征摘要】
1.基于根盒的图像采集装置，其特征在于：包括主放置架(1)，所述主放置架(1)的中部放置有若干个顶部倾斜的支撑组件(2)，所述支撑组件(2)的顶部放置有栽种棉花植株的透明根盒(3)，所述主放置架(1)一侧放置有辅助置物架(4)，所述辅助置物架(4)顶部安装有直线运动单元(5)，所述直线运动单元(5)顶部安装有推拉组件(6)，所述直线运动单元(5)一侧安装有采集透明根盒(3)图像的图像采集组件(7)；
2.根据权利要求1所述的基于根盒的图像采集装置，其特征在于：所述透明根盒(3)卡接放置在支撑斜台(204)顶部对应防护外框(205)内侧位置处；
3.根据权利要求1所述的基于根盒的图像采集装置，其特征在于：所述置物导轨(201)设置有若干个，相邻所述置物导轨(201)之间留有空...
【专利技术属性】
技术研发人员：王楠，于秋实，张佳茜，刘连涛，王伟，
申请(专利权)人：河北农业大学，
类型：发明
国别省市：
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