手持式自动植物茎叶夹角测定装置及方法

本发明涉及植物茎叶夹角测定，具体涉及手持式自动植物茎叶夹角测定装置及方法。

背景技术：

1、近十年以来，随着我国整体经济水平和人民生活质量不断提高，中式雪茄烟市场获得飞跃式发展，国内雪茄烟的需求不断加大，并将保持快速增长的趋势。目前,与国外优质雪茄原料产区相比，我国茄衣烟叶生产技术尚不成熟,中高档雪茄烟对进口茄衣原料依赖严重,不利于国产雪茄工业的发展。相较于茄芯烟叶，茄衣烟叶对于物理与外观质量要求较高，作为雪茄最外层包衣，应具有具有较好的拉力和韧性，叶面均匀鲜明，身份较薄，支脉细而不突出等特点。在影响茄衣烟叶质量形成的诸多因素中，烟叶的成熟度具有举足轻重的影响，采收过早的烟叶生长发育不完全，叶面色泽均匀性较差，采收过晚导致烟叶干物质消耗过多，叶片组织细腻程度下降，支脉过粗且平伏度降低，适宜的采收成熟度是优质雪茄烟叶原料生产的重要基础，

2、茎叶夹角是雪茄烟叶成熟度判断的重要关联因子，其角度随烟叶成熟进程的推进而增大,可定量地用茎叶夹角的大小来反映烟叶的成熟程度。

3、现有技术中公开了一个公告为cn202433016u的专利，该方案包括测距仪本体和安装在测距仪本体两侧的固定式激光器和摆动式激光器，摆动式激光器安装于摆动式器架内，摆动式器架的尾端与测距仪本体活动连接，摆动式器架的上部由带微分尺的可调测头与测距仪本体连接；固定式激光器安装侧设有经支架连接组件连接的定位激光器，定位激光器与安装在测距仪本体上的角度尺相连。本实用新型能够让测量者一个人在随意的位置上向四周激光达到的有效测量范围内的可视目标与目标进行距离，宽度，高度快速测量，而不必考虑远程目标的表面形态，如表面是点，线，面，面凹凸，面大小，面颜色，质的软硬，水面或布面或植物叶面枝干等，使可视不可测的目标位置测量成为可能，做到指向那就能测到那。

4、现有装置及方法随着使用，也逐渐的暴露出了该技术的不足之处，主要表现在以下方面：

5、第一，目前在茎叶夹角研究领域，测定装置多为旋转式卡尺测量，不仅存在主观的读数误差，而且局限于测量叶片基部与植株茎部连接处的夹角，无法反映出叶片整体的下垂程度。

6、第二，已有的激光原理测距茎叶夹角测定装置为非固定式结构，受到操作人员手持误差较大，且无法实现对叶片不同位置的夹角变化进行测量。

7、第三，已有的固定式茎叶夹角测定装置为魔术贴固定方法，无法实现固定位置、角度自校准，同时其圆弧标尺不能较好的适配于叶片主脉与茎夹角较小的情况。

8、综上可知，目前已公开的茎叶夹角测定装置不能实现叶片不同位置与高度夹角测量，数据整合与分析、叶片整体下垂程度可视化，且装置角度读取结构较为单一，适配性较差。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明解决了传统技术中的茎叶夹角测定装置不能实现叶片不同位置与高度夹角测量，数据整合与分析、叶片整体下垂程度可视化，且装置角度读取结构较为单一，适配性较差的问题。

2、为解决上述问题，本发明提供如下技术方案：

3、手持式自动植物茎叶夹角测定装置，包括主体及与主体相连接的操控台，所述主体的正面上由上到下并列设有若干个水平激光测距模块，所述主体的下端部设有竖直激光测距模块，

4、所述主体的背面由上到下设有两组激光校准器，每组激光校准器沿水平方向设有两个，且相对设置，植物主杆位于相对的两个激光校准器之间的区域，

5、所述主体背面由上到下设有两个水平移动的水平校准器，所述水平校准器连接于植物主杆上。

6、作为一种优化的方案，所述主体的下端部还竖直连接有拆卸式固定刀刃。

7、作为一种优化的方案，所述主体的背面对应每个所述激光校准器分别固接有呈l形设置的校准背夹，所述激光校准器固定于所述校准背夹上。

8、作为一种优化的方案，所述主体背面处于所述水平校准器两侧的区域分别固接有扎带固定座，两个所述扎带固定座之间插装有固定扎带，所述固定扎带捆绑于植物主杆上，所述固定扎带还与所述水平校准器相连接。

9、本发明同时还公开手持式自动植物茎叶夹角测定方法，包括以下步骤：

10、s1：待测植株与叶片的挑选工作：待测叶片应形态完整，主脉生长正常，不能有较大的变形、残缺，以确保本装置可以采集到完整的茎叶夹角数据；

11、s2：测定装置的安装工作：将固定扎带绑定至装置贴近植株侧的扎带固定座内，使用固定扎带将装置捆绑于植株待测部位；

12、s3：植物叶片茎叶夹角测量工作：激光测距模块的激光发射器与接收器开启，记录在测定过程中距待测叶片基部的纵向距离变化，水平激光测距模块的激光发射器，以不同的步进进行统一的开启、关闭，记录每次测量各开启模块的距离数据；

13、s4：测定装置的拆卸与清洁工作：待测定工作完成后，释放固定扎带，并将扎带抽离扎带固定座；将水平校准器均调节至初始位置；使用酒精棉对沾染植物汁液的位置进行擦拭；

14、s5：测量数据计算与叶片形状曲线拟合：待测定工作完成后，在控制台对数据进行分组编号归纳，将已归纳的数据进行分析；

15、s6：测量数据深度学习：待分析工作完成后，实验人员根据数据的编号分组，将数据依照品种、部位、生长时期进行深度学习训练，拟合为数据模型，获取不同特性叶片独有的茎叶夹角范围。

16、作为一种优化的方案，所述步骤s1还包括：根据植株的品种与生长情况，估算或测量植株叶片的大小、规格，对过小的叶片进行测量时，应拆卸装置底部的固定刀刃，以减少装置的最小测量高度。

17、作为一种优化的方案，所述步骤s1还包括：根据测量要求对植株进行挑选，其中植株的株体不得过于纤细，且具备一定的承重能力，使用本装置测定时不应过大影响植株的自然形态；植株的待测位置茎部弯曲程度不得过大，以确保本装置的校准功能可以正常使用；待测叶片的茎叶夹角不能过于狭小，与茎部之间的空隙应大于本装置的体积，以确保本装置能够被有效放置。

18、作为一种优化的方案，所述步骤s2还包括：使用无线电连接操控台；观察装置某一位置的校准器示数，水平校准器带动固定扎带进行移动，直至此处校准器示数一致时停止转动校准旋钮；待所有校准位置完成校准后，使用操控台检查装置的各激光模块功能。

19、作为一种优化的方案，所述步骤s3还包括：待测定完成后，依据需求选择性进行复测；待实验完成后，断开装置与操控台连接，关闭装置电源。

20、作为一种优化的方案，所述步骤s4还包括：擦拭干净，以防装置表面粘黏，使用擦镜纸与细毛刷对激光模块的镜头进行清洁，使用吸风机清洁装置缝隙灰尘；在连续使用一段时间后，需将装置外壳拆卸，清洁内部积灰，并涂抹防锈油、润滑油。

21、作为一种优化的方案，所述步骤s5还包括：操控台内置计算机，测定装置水平与竖直测量方向为垂直，计算机依据不同点位每次测量获取的纵向与水平距离，计算得出直角三角形斜边长度，使用三角函数得出茎叶夹角；计算机将不同测量步进对应的水平方向测量数据整合，获取此步进叶片的曲线函数，将测量过程中的所有曲线函数进行拟合，获得叶片形状曲线，并在操控台监视器中显示。

22、作为一种优化的方案，所述步骤s6还包括：若模型呈现欠拟合，则需增大模型复杂度与训练数据量，若模型呈现过拟合，需增大数据样本，并且模型可随后续实验的不断深入开展继续迭代、升级。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

24、1.本发明与当前茎叶夹角卡尺读数测定装置相比，本装置采用激光原理的距离测量技术，可实现精细、快速的距离测量，消除因实验人员的视角、读数所带来的误差，并实现叶片不同高度、位置的茎叶夹角测量。

25、2.本发明与当前茎叶夹角测量方法相比，本发明引入计算机作为数据分析装置，提供更便捷的数据记录方法，可在试验地实现数据分析，并通过计算机图像拟合技术将叶片形状可视化。

26、3.本发明与当前手动茎叶夹角测量方法相比，加入编程控制，可实现对不同激光模块进行步进式控制，使测定过程自动化、程序化，简化复测过程，并消除因人为操作带来的实验误差。

27、4.本发明与当前手持式茎叶夹角测量方法相比，引入自主位置、角度校准功能，降低测量时装置的放置难度，减少因位置与角度带来的误差。

28、5.本发明具有简便的数据导入分析方法，并加入数据拟合与深度学习功能，以期为不同植物的不同品种、部位、生长时期提供适应的茎叶夹角范围模型，模型可随实验数据的丰富而不断迭代。

29、6.本方法及其装置具备位置校准、多点位形态测量、自动步进式、数据分析、深度学习等功能，相较于传统的茎叶夹角测定技术，具备测量范围广、自动化程度高、实验误差小、操作简便、具备成长性的优势。