綠色植株表型與分選的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)機(jī)械和表型成像領(lǐng)域，具體地，涉及一種綠色植株表型與分選的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]綠色植株傳統(tǒng)的表型測量方法多為人工測量，效率低，準(zhǔn)確性也依賴于操作人員。傳統(tǒng)的植物表型數(shù)據(jù)測量方法主要用尺測量葉片長度、植株高度，用量角器測量植株分枝的方位角和夾角等，常用的農(nóng)作物葉片面積信息測量方法有干重比例法、打孔稱重法、坐標(biāo)紙法和貼紙掃描法等人工測量方法。這些手工方法由于受人為、自然等因素的影響較多，導(dǎo)致測量精度差、測量結(jié)果不理想，基本上已經(jīng)淘汰，而現(xiàn)在常用的方法是利用三維數(shù)字化儀來測量，雖然數(shù)據(jù)精確，測量效果好，但由于價(jià)格較高、操作相對復(fù)雜，對其推廣使用也產(chǎn)生了一定影響。
[0003]現(xiàn)有的了綠色植株生長和環(huán)境信息檢測裝置和方法主要以圖像和傳感技術(shù)為主。申請?zhí)枮?01410198378.7的發(fā)明專利申請，公開了一種植株生長發(fā)育三維幾何形態(tài)連續(xù)監(jiān)測裝置及方法，基于機(jī)器視覺，利用多臺(tái)工業(yè)相機(jī)分別從多個(gè)不同角度拍攝植株的圖片采用圖像處理算法，獲得植株生長發(fā)育的各種參數(shù)，并將參數(shù)簇信息保存在植株形態(tài)參數(shù)空間三維信息數(shù)據(jù)庫，同時(shí)根據(jù)不同時(shí)間點(diǎn)所獲得的植株形態(tài)參數(shù)建立植株生長發(fā)育全程量化形態(tài)數(shù)據(jù)庫，植株表觀空間、時(shí)間數(shù)據(jù)庫聯(lián)合構(gòu)成植株生長態(tài)勢量化評估模型，為研究植株的生長提供依據(jù)。該系統(tǒng)利用機(jī)器視覺，需要四臺(tái)工業(yè)攝像機(jī)配合，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，處理進(jìn)程較慢，結(jié)果精度低，且沒有篩選功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種綠色植株表型與分選的系統(tǒng)和方法。
[0005]根據(jù)本發(fā)明提供的綠色植株表型與分選的系統(tǒng)，包括光掃描表型模塊、葉綠素測量模塊、PLC控制模塊、上位機(jī)控制模塊、分揀機(jī)械手模塊以及支撐平臺(tái)；
[0006]所述光掃描表型模塊，用于監(jiān)測綠色植株的生長情況；
[0007]所述葉綠素測量模塊，用于對綠色植株不同生長周期的葉綠素相對含量進(jìn)行測量，并將測量得到的葉綠素相對含量數(shù)據(jù)發(fā)送至上位機(jī)控制模塊；
[0008]所述PLC控制模塊，用于接受上位機(jī)控制模塊的指令，并根據(jù)指令執(zhí)行對光掃描表型模塊、葉綠素測量模塊以及分揀機(jī)械手模塊的控制；
[0009]所述上位機(jī)控制模塊，用于向PLC控制模塊發(fā)布指令，并處理得到植株不同生長周期的幾何形態(tài)和葉綠素相對含量數(shù)據(jù)，建立綠色植株生物信息學(xué)表型模型；
[0010]所述分揀機(jī)械手模塊，用于根據(jù)PLC控制模塊的控制指令實(shí)現(xiàn)對綠色植株的自動(dòng)抓取和移植；
[0011]所述支撐平臺(tái)，用于安裝固定各個(gè)模塊。
[0012]優(yōu)選地，所述光掃描表型模塊包括:結(jié)構(gòu)光掃描儀、攝像頭，所述結(jié)構(gòu)光掃描儀對植物葉面發(fā)射結(jié)構(gòu)光，并由攝像頭采集該結(jié)構(gòu)光的反射光;將采集的植株不同生長周期中結(jié)構(gòu)光的反射光傳送至上位機(jī)模塊，利用上位機(jī)模塊生成該植株的三維圖像，得到植株重要幾何形態(tài)數(shù)據(jù):高度、體積、徑橫截面積、葉片面積、葉片傾角、葉片方位角。
[0013]優(yōu)選地，所述葉綠素測量模塊包括:光源、光傳感器、信號采集與AD轉(zhuǎn)換模塊；其中，
[0014]光源包括:紅光和紅外光；
[0015]光傳感器包括:紅光入射傳感器、紅外光入射傳感器、紅光反射傳感器和紅外光反射傳感器，分別用于吸收植物葉面的透射光和反射光；
[0016]信號采集與AD轉(zhuǎn)換模塊:用于將植物葉面紅光與紅外光的透射光和反射光結(jié)合總的紅光和紅外光入射值來測量植株不同生長周期的葉綠素相對含量。
[0017]優(yōu)選地，所述上位機(jī)控制模塊接收光掃描表型模塊、葉綠素測量模塊發(fā)送的植株幾何形態(tài)數(shù)據(jù)和葉綠素相對含量數(shù)據(jù)后保存在植株表型信息數(shù)據(jù)庫，并根據(jù)不同時(shí)間點(diǎn)所獲得的植株表型參數(shù)建立植株生長發(fā)育量化形態(tài)數(shù)據(jù)庫以及綠色植株生物信息學(xué)生長態(tài)勢量化評估表型模型。
[0018]優(yōu)選地，所述分揀機(jī)械手模塊包括:三個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、機(jī)械手；在所述三個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)中，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)機(jī)械手在水平、豎直方向上移動(dòng)，另一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制機(jī)械手完成張開和閉合動(dòng)作。
[0019]優(yōu)選地，為防止失步和啟動(dòng)時(shí)設(shè)備的震動(dòng)，所述PLC控制模塊通過多段脈沖輸出，使驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)設(shè)置為加速階段、勻速階段、減速階段。
[0020]根據(jù)本發(fā)明提供的綠色植株表型與分選的方法，基于上述的綠色植株表型與分選的系統(tǒng)，包括如下步驟:
[0021]植株參數(shù)獲取步驟:采集綠色植株生長發(fā)育的多項(xiàng)參數(shù)，所述參數(shù)包括:高度、體積、徑橫截面積、葉片面積、葉片傾角、葉片方位角以及葉綠素含量，并保存在植株表型信息數(shù)據(jù)庫中；
[0022]評估表型模型建立步驟:根據(jù)不同時(shí)間點(diǎn)所獲得的參數(shù)建立植株生長發(fā)育量化形態(tài)數(shù)據(jù)庫，建立綠色植株生物信息學(xué)生長態(tài)勢量化評估表型模型。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0024]1、本發(fā)明提供的綠色植株表型與分選的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)測量，建立了植株表型模型并具有分揀功能，自動(dòng)化程度高，應(yīng)用前景廣闊。
[0025]2、本發(fā)明提供的綠色植株表型與分選的系統(tǒng)簡化了整體結(jié)構(gòu)，處理進(jìn)程速度快，提高了植株的分篩效率。
【附圖說明】
[0026]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:
[0027]圖1為本發(fā)明提供的綠色植株表型與分選的系統(tǒng)的原理框圖；
[0028]圖2為本發(fā)明提供的綠色植株表型與分選的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖3為本發(fā)明提供的綠色植株表型與分選的方法的流程示意圖。
[0030]圖中:
[0031]1-支撐平臺(tái)
[0032]2-光掃描表型設(shè)備
[0033]3-暗箱
[0034]4-葉綠素測量設(shè)備
[0035]5-分揀機(jī)械手
[0036]6-驅(qū)動(dòng)電機(jī)
【具體實(shí)施方式】
[0037]下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變化和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0038]根據(jù)本發(fā)明提供的綠色植株表型與分選的系統(tǒng)，包括:光掃描表型模塊、葉綠素測量模塊、PLC控制模塊、上位機(jī)控制模塊、分揀機(jī)械手模塊以及支撐平臺(tái)；
[0039]所述光掃描表型模塊，用于監(jiān)測綠色植株的生長情況，將采集的不同生長周期光發(fā)射器所發(fā)出結(jié)構(gòu)光的反射光傳送至上位機(jī)模塊，利用上位機(jī)生成該植株的三維圖像，得到植株重要幾何形態(tài)數(shù)據(jù):高度、體積、徑橫截面積、葉片面積、葉片傾角、葉片方位角；
[0040]所述葉綠素測量模塊，用于對綠色植株不同生長周期的葉綠素相對含量進(jìn)行測量，并將測量得到的葉綠素相對含量數(shù)據(jù)發(fā)送至上位機(jī)控制模塊；
[0041]所述PLC控制模塊，用于接受上位機(jī)控制模塊的指令，并根據(jù)指令執(zhí)行對光掃描表型模塊、葉綠素測量模塊以及分揀機(jī)械手模塊的控制；
[0042]所述上位機(jī)控制模塊，用于向PLC控制模塊發(fā)布指令，并處理光掃描表型模塊、葉綠素測量模塊發(fā)送的植株不同生長周期的幾何形態(tài)和葉綠素含量參數(shù)，建立綠色植株表型信息學(xué)表型模型；
[0043]所述分揀機(jī)械手模塊，用于根據(jù)PLC控制模塊的控制指令實(shí)現(xiàn)對綠色植株的自動(dòng)抓取和移植；
[0044]所述支撐平臺(tái)，用于安裝固定各個(gè)模塊。
[0045]所述光掃描表型模塊包括:結(jié)構(gòu)光掃描儀、攝像頭，所述結(jié)構(gòu)光掃描儀對植物葉面發(fā)射結(jié)構(gòu)光，并由攝像頭采集植株的圖片。
[0046]所述葉綠素測量模塊包括:光源、光傳感器、信號采集與AD轉(zhuǎn)換模塊;其中，
[0047]光源包括:紅光和紅外光；
[0048]光傳感器包括:紅光入射傳感器、紅外光入射傳感器、紅光反射傳感器和紅外光反射傳感器，分別用于吸收植物葉面的透射光和反射光。
[0049]信號采集與AD轉(zhuǎn)換模塊:用于將植物葉面的透射光和反射光結(jié)合總的紅光和紅外光入射值來測量植株不同生長周期的葉綠素相對含量。
[0050]所述上位機(jī)控制模塊將不同生長周期的幾何形態(tài)和葉綠素含量參數(shù)保存在植株表型信息數(shù)據(jù)庫