一种基于槽道的作物根系表型采集系统的制作方法

本发明涉及一种采集系统，尤其涉及一种基于槽道的作物根系表型采集系统。

背景技术：

作物表型分为地上部表型和地下部表型两部分，目前多集中在地上部表型性状的观测，由于地下的不可见性导致地下部表型研究相对较少。地下部作物表型通常是指位于地表以下的作物根系部分，是植物重要的营养器官。根系一方面吸收土壤中的水分和其他有机营养物质，另一方面本身也通过分泌有机酸等物质影响和改善植物土壤微生物的环境，促进作物地上部分的生长发育，直接或间接影响了产量。因此，研究根系表型对水分和液态营养及其与环境的关系具有十分重要的意义。

传统的根系研究大多数是纯手工、破坏性直接采样，将根系从土壤中取出后洗净，米尺进行测量，获取根系的长度、直径及其相关生物量的一些性状参数，手工取样法费时费力，样品易遭到破坏且误差较大。根系表型非破坏性间接观测方法众多，微根窗根系观测系统将6—8mm厚的透明玻璃或有机玻璃板根据实验需要定点定位压入土壤剖面，动态观测根系的生长状况。圆柱微根管以45°或90°方式嵌入地面以下土壤，与地面上的传感器和相机相连，连接光源触发器和电脑实现根系生长状况动态的可视化，在不同阶段对作物根系进行原位重复观测，通过图像处理技术定量分析根系状态。扫描仪水平或倾斜角度插入土壤，通过usb或无线网络与电脑连接，高通量自动化拍摄，实现广范围的根系观测。所述作物根系表型非破坏性间接观测系统，设备成本昂贵不利于大众化推广使用，操作繁琐需要专业的技术人员现场监测，只能针对单株的部分根系图像进行采集，无法获取多株成排根系图像。此外，仪器设备嵌入地面以下土壤，由于土壤的含水量较大造成的土壤空气的潮湿，易导致设备仪器内壁产生冷凝水珠，严重遮挡视线，只能部分观测到根系，影响根系的全面观测，且土壤压力易导致设备仪器变形，影响观测的准确性。目前传统或间接测量根系表型方法，无法实现在全暗环境下，高通量、全自动、实时地观测的作物根系。

技术实现要素：

本发明的具体技术方案如下：

一种基于槽道的作物根系表型采集系统，该系统包括采集机构，用于拍摄槽道左右两侧的作物根系图像；装载框架，用于装载所述采集机构并能够沿槽道的长度方向滑动。

优选的，本发明提供的基于槽道的作物根系表型采集系统还包括沿槽道长度方向延伸的相互平行的两条轨道，装载框架可滑动的设置在该轨道上。

优选的，所述采集机构包括采集框架以及设在采集框架上的多个相机，多个相机的相机镜头朝向槽道左侧和右侧。

优选的，所述采集框架包括左框架和右框架，左框架的上半部分和下半部分均设有镜头朝向槽道右侧的相机，右框架的上半部分和下半部分均设有镜头朝向槽道左侧的相机。

优选的，左框架和右框架上均设有遮光板，遮光板的横截面呈u形状，镜头朝向相同的相机镶嵌设置在同一遮光板的u形弯折部。

优选的，装载框架的底部设有主动轮组、从动轮组和导轮，

主动轮组包括第一转轴、套设在第一转轴两端并且与相互平行的两条轨道滑动配合的主动轮，用于驱动第一转轴转动的驱动装置；

从动轮组包括第二转轴、套设在第二转轴两端并且与相互平行的两条轨道滑动配合的从动轮；

导轮设在与同一轨道滑动配合的主动轮、从动轮的两侧并与该轨道侧面接触。

优选的，装载框架的后侧底部设有两个与相互平行的两条轨道相配合的定向轮。

优选的，所述装载框架的左侧、右侧均设有沿竖直方向延伸的灯条。

优选的，所述装载框架的左侧、右侧均设有沿竖直方向延伸的抽拉板，抽拉板沿水平方向滑动连接在装载框架上。

优选的，所述抽拉板的边侧还安装有灯条。

本发明由于采用以上技术方案，其具有以下优点1.本发明将采集机构设置在装载框架的内部且采集机构中的相机两两同向设置在“u形”遮光板中，配合装载框架的左侧、右侧装有的灯条能够清晰全面的采集作物根系图像，实时多角度、全方位观测完整的作物根系表型。2.本发明装载框架带动采集机构基于槽道长度方向的轨道自由滑动，自动化程度高，实现高通量、全自动拍照。3.本发明将采集机构集成在装载框架中，系统结构轻便简洁，满足作物根系表型高通量监测的需要。4.本发明无需嵌入地面以下土壤，提高了设备的使用寿命和观测的准确性。5.本发明在抽拉板的边侧安装有灯条，可以实现全暗环境下的根系表型的监测。

附图说明

图1为本发明作物根系表型采集系统的结构示意图；

图2为本发明采集机构的结构示意图；

图3为本发明装载框架的结构示意图；

图4为图3的俯视图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。本发明未提及部分均为现有技术。

如图1和图2所示，本发明提供了一种基于槽道的作物根系表型采集系统，该系统包括采集机构3，用于拍摄槽道左右两侧的作物根系图像；装载框架1，用于装载所述采集机构3并能够沿槽道的长度方向滑动，采集机构3设在装载框架1内，装载框架1装载所述采集机构3沿槽道的长度方向滑动对槽道左右两侧的作物根系图像进行拍摄。

进一步的，本发明提供的基于槽道的作物根系表型采集系统还包括沿槽道长度方向延伸的相互平行的两条轨道（图中未画出），装载框架1可滑动的设置在该轨道上，装载框架在滑动的过程中，采集机构3对槽道左右两侧的作物根系图像进行拍摄。

进一步的，采集机构3包括采集框架3-7以及设在采集框架3-7上的多个相机，多个相机的相机镜头朝向槽道左侧和右侧。

进一步的，如图2所示，由于装载框架离两侧的栽培区距离很近，考虑相机拍摄时的对焦问题以获得高质量的图像；采集机构3包括采集框架3-7，采集框架包括左框架3-8和右框架3-4，左框架3-8的上半部分和下半部分均设有镜头朝向槽道右侧的相机3-1，右框架3-4的上半部分和下半部分均设有镜头朝向槽道左侧的相机3-6。左框架、右框架中的相机分别对槽道右侧、槽道左侧作物根系的图像进行上、下部分全方位采集。

进一步的，由于槽道左右两侧的栽培区采用的是玻璃，拍照时容易发光；采集框架3-7的左框架3-8和右框架3-4上均设有遮光板3-5，遮光板的横截面呈u形状，左框架3-8上的两个镜头朝向槽道右侧的相机3-1镶嵌设置在左框架3-8上的遮光板3-3的u形弯折部，右框架3-4上的两个镜头朝向槽道左侧的相机3-6镶嵌设置在右左框架3-4上的遮光板3-5的u形弯折部；通过支撑架3-2进一步固定相机位置。优选的，遮光板采用遮光绒布，避免拍照时反光，提高拍摄质量。同一遮光板中的两个相机光线互不干扰，相互独立采集根系图像。

进一步的，如图3和图4所示，所述装载框架1的左侧、右侧均设有沿竖直方向延伸的灯条1-2，拍照时根据需要可以进行补光。

进一步的，装载框架1的左侧、右侧均设有沿竖直方向延伸的抽拉板1-5，抽拉板1-5沿水平方向滑动连接在装载框架1上,装载框架1上设有用于限制抽拉板1-5滑动距离的限位块1-1。所述限位块1-1的边侧还安装有灯条1-2，可以实现全暗环境下的根系表型的监测。。

进一步的，如图4所示，装载框架1的底部设有主动轮组、从动轮组和导轮，主动轮组包括第一转轴1-7、套设在第一转轴1-7两端并且与相互平行的两条轨道（图中未画出）滑动配合的主动轮1-8，用于驱动第一转轴1-7转动的驱动装置1-3；从动轮组包括第二转轴1-12、套设在第二转轴1-12两端并且与相互平行的两条轨道（图中未画出）滑动配合的从动轮1-6；导轮1-10设在与同一轨道滑动配合的主动轮、从动轮的两侧并与该轨道侧面接触。优选的，驱动装置为电机，电机输出轴与第一转轴1-7啮合，电机输出轴带动第一转轴1-7转动，第一转轴1-7带动其两端的两个主动轮1-8转动，从而给第一转轴1-7上的两个主动轮1-8施加行进的动力，第二转轴1-12以及第二转轴1-12两端的从动轮1-6在行进的动力带动下也发生转动，从而使得装载框架1平稳移动。装载框架1移动时，与同一轨道滑动配合的主动轮、从动轮两侧的导轮1-10，不仅可以起到导向的作用，而且增强了整个装载框架行进时的稳定性，有效提高了相机的拍摄质量。优选的，导轮1-10设在弹性导轮架1-11上，弹性导轮架1-11使得导轮1-10紧贴于轨道侧面，可以减少装载框架1发生左右晃动的想象，进一步提高装载框架整体的稳定性。

进一步的，所述装载框架还设有电源箱2，用于为相机、电机、灯条等提供电力来源。

进一步的，参见图4，装载框架的后侧底部设有两个与相互平行的两条轨道相配合的定向轮1-4，当采集系统出现故障时，可将整个系统向后翻转一定的角度、使得两个定向轮支撑整个采集系统配合轨道滑动，通过手动推动即可平稳运行，省力。

进一步的，所述装载框架1的底部还设有垫脚1-9，垫脚有四个，设在底部四周处，垫脚的高度大于主动轮组、从动轮组和导轮的高度。装载框架不放在轨道上时，通过四个垫脚支撑装载框架，避免损坏底部的主动轮组、从动轮组和导轮。

本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置及其连接都是可以有所变化的。在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进或等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。