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
【專利摘要】本發(fā)明公開一種植株生長發(fā)育三維幾何形態(tài)連續(xù)監(jiān)測裝置及方法，包括放置在植株不同角度拍攝植株圖片的多臺(tái)工業(yè)相機(jī)，所述工業(yè)相機(jī)與工控機(jī)相連，拍攝圖片傳入工控機(jī)，經(jīng)工控機(jī)處理，構(gòu)成植株生長態(tài)勢量化評(píng)估模型，工控機(jī)連接顯示器。本發(fā)明基于機(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，保存在圖像數(shù)據(jù)庫，后續(xù)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3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(píng)估模型，為研究植株的生長提供依據(jù)。
【專利說明】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
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)機(jī)械【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說是一種綠葉植株生長發(fā)育全程外觀三維幾何形態(tài)連續(xù)監(jiān)測裝置與方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于農(nóng)作物生長都有一定的時(shí)間周期，而且有些農(nóng)作物白天和夜晚的生長狀況有很大差異，人工進(jìn)行農(nóng)作物外觀幾何形態(tài)的監(jiān)測費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，而且與農(nóng)作物接觸式的測量方法有可能會(huì)損傷植株，妨礙植株的正常生長。
[0003]傳統(tǒng)的植物幾何形態(tài)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(duì)復(fù)雜，對(duì)其推廣使用也產(chǎn)生了一定影響。
[0004]現(xiàn)有的植株外觀幾何形態(tài)監(jiān)測裝置與方法主要基于機(jī)器視覺技術(shù)。申請(qǐng)?zhí)枮?01210293496.7的發(fā)明專利申請(qǐng)，公開了一種測量和記錄農(nóng)作物總?cè)~面積、綠葉面積、黃葉面積和綠葉指數(shù)的設(shè)備，由葉片傳送裝置、圖像采集裝置、PLC控制器以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成，將剪下的葉片直接送入儀器測量分析。該系統(tǒng)需要將葉片剪下，無法對(duì)植株葉面積進(jìn)行無損測量。申請(qǐng)?zhí)枮?01210417635.2的發(fā)明專利申請(qǐng)，公開了一種基于機(jī)器視覺的嫁接苗外部特征測量方法及系統(tǒng)，俯視方向采集嫁接苗圖像，利用圖像處理算法計(jì)算采集到的圖像中的子葉參數(shù)信息；正視方向采集嫁接苗的圖像，利用圖像處理算法計(jì)算采集到的圖像中的株高和苗徑橢圓的長短軸參數(shù)信息，將參數(shù)傳送給控制機(jī)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)快速非接觸式測量，但得到的參數(shù)信息僅是二維平面形態(tài)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提供一種植株生長發(fā)育三維幾何形態(tài)連續(xù)監(jiān)測裝置及方法，在不接觸植株的前提下能夠連續(xù)監(jiān)測綠葉植株生長發(fā)育全程外觀三維幾何形態(tài)，監(jiān)測植株的生長變化，建立植株生長態(tài)勢量化評(píng)估模型，為研究植株的生長提供依據(jù)。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]—種植株生長發(fā)育三維幾何形態(tài)連續(xù)監(jiān)測裝置，包括放置在植株不同角度拍攝植株圖片的多臺(tái)工業(yè)相機(jī)，所述工業(yè)相機(jī)與工控機(jī)相連，拍攝圖片傳入工控機(jī)，經(jīng)工控機(jī)處理，構(gòu)成植株生長態(tài)勢量化評(píng)估模型，工控機(jī)連接顯示器。
[0008]所述工業(yè)相機(jī)分別放置在水平、垂直、水平45°和垂直45°四個(gè)方向上。
[0009]所述工業(yè)相機(jī)放置在實(shí)驗(yàn)穴盤上。
[0010]所述實(shí)驗(yàn)穴盤、工控機(jī)以及顯示器放置在支撐平臺(tái)上。[0011]所述支撐平臺(tái)設(shè)置有滾輪。
[0012]一種植株生長發(fā)育三維幾何形態(tài)連續(xù)監(jiān)測方法，采用上述的系統(tǒng)，在不接觸植株的前提下能測量出植株的外部特征參數(shù)，具體方法是: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，保存在圖像數(shù)據(jù)庫，后續(xù)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3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(píng)估模型，為研究植株的生長提供依據(jù)。
[0013]所述圖像處理算法有兩種實(shí)現(xiàn)方式，一種是全自動(dòng)參數(shù)計(jì)算方法，需要在被觀測植株葉片上面粘貼標(biāo)記點(diǎn)；另一種是人機(jī)交互式的參數(shù)計(jì)算方法，需要在計(jì)算機(jī)讀取圖片后人工在圖片上點(diǎn)取標(biāo)記點(diǎn)。
[0014]所述圖片的采集設(shè)定一定的時(shí)間段和時(shí)間間隔重復(fù)采集并計(jì)算參數(shù)。
[0015]本發(fā)明技術(shù)方案，采取基于機(jī)器視覺的方式連續(xù)監(jiān)測綠葉植株生長發(fā)育全程外觀三維幾何形態(tài)，利用工業(yè)相機(jī)從不同角度拍攝植株圖片，通過圖像處理算法得到植株外觀三維幾何形態(tài)參數(shù)，構(gòu)建植株三維幾何形態(tài)，將圖片和參數(shù)簇信息分別保存在圖像數(shù)據(jù)庫和植株形態(tài)參數(shù)空間3維信息數(shù)據(jù)庫，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，聯(lián)合植株表觀空間、時(shí)間數(shù)據(jù)庫構(gòu)成植株生長態(tài)勢量化評(píng)估模型，為研究植株的生長提供依據(jù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]通過閱讀參照以下附圖的詳細(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:
[0017]圖1為本發(fā)明裝置實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2為本發(fā)明方法的邏輯關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】:
[0019]以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步的說明，以充分了解本發(fā)明的目的、特征和效果。
[0020]圖1?圖2所示，本發(fā)明公開了綠葉植株生長發(fā)育全程外觀三維幾何形態(tài)連續(xù)監(jiān)測裝置，包括放置在植株不同角度拍攝植株圖片的多臺(tái)工業(yè)相機(jī)1，工業(yè)相機(jī)I與工控機(jī)2相連，拍攝圖片傳入工控機(jī)2，經(jīng)工控機(jī)處理，構(gòu)成植株生長態(tài)勢量化評(píng)估模型，工控機(jī)2連接顯示器3。本發(fā)明實(shí)施例中，四個(gè)角度放置的工業(yè)相機(jī)分別在水平、垂直、水平45°和垂直45°上。工業(yè)相機(jī)I放置在實(shí)驗(yàn)穴盤4上。實(shí)驗(yàn)穴盤4、工控機(jī)2以及顯示器3放置在支撐平臺(tái)5上，為方便移動(dòng)，支撐平臺(tái)5設(shè)置有滾輪6。
[0021]圖2所示的本發(fā)明綠葉植株生長發(fā)育全程外觀三維幾何形態(tài)連續(xù)監(jiān)測方法，準(zhǔn)確安放工業(yè)相機(jī)，并將工業(yè)相機(jī)與工控機(jī)相連，拍攝圖片傳入工控機(jī)并連續(xù)定時(shí)保存在工控機(jī)的圖像數(shù)據(jù)庫中，后續(xù)采用兩種方式實(shí)現(xiàn)圖像處理，計(jì)算參數(shù)，獲得植株的高度、葉片面積和兩葉片間夾角等參數(shù)，并將參數(shù)簇信息保存在植株形態(tài)參數(shù)空間3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(píng)估模型。[0022]圖像處理算法的實(shí)現(xiàn)方式有兩種，一種是全自動(dòng)參數(shù)計(jì)算方法，需要在被觀測植株葉片上面粘貼標(biāo)記點(diǎn)；另一種是人機(jī)交互式的參數(shù)計(jì)算方法，需要人工在圖片上點(diǎn)取標(biāo)記點(diǎn)。
[0023]設(shè)定圖像采集的時(shí)間段，設(shè)定時(shí)間間隔重復(fù)采集圖像和計(jì)算參數(shù)，直至完成所有實(shí)驗(yàn)。
[0024]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施例來對(duì)本發(fā)明所作進(jìn)一步詳細(xì)說明，所以不能將本發(fā)明局限在上述這些說明中。對(duì)于本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在本發(fā)明的構(gòu)思基礎(chǔ)上所做的推演和替換都應(yīng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種植株生長發(fā)育三維幾何形態(tài)連續(xù)監(jiān)測裝置，其特征在于，包括放置在植株不同角度拍攝植株圖片的多臺(tái)工業(yè)相機(jī)，所述工業(yè)相機(jī)與工控機(jī)相連，拍攝圖片傳入工控機(jī)，經(jīng)工控機(jī)處理，構(gòu)成植株生長態(tài)勢量化評(píng)估模型，工控機(jī)連接顯示器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植株生長發(fā)育三維幾何形態(tài)連續(xù)監(jiān)測裝置，其特征在于，所述工業(yè)相機(jī)分別放置在水平、垂直、水平45°和垂直45°四個(gè)方向上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的植株生長發(fā)育三維幾何形態(tài)連續(xù)監(jiān)測裝置，其特征在于，所述工業(yè)相機(jī)放置在實(shí)驗(yàn)穴盤上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的植株生長發(fā)育三維幾何形態(tài)連續(xù)監(jiān)測裝置，其特征在于，所述實(shí)驗(yàn)穴盤、工控機(jī)以及顯示器放置在支撐平臺(tái)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的植株生長發(fā)育三維幾何形態(tài)連續(xù)監(jiān)測裝置，其特征在于，所述支撐平臺(tái)設(shè)置有滾輪。
6.一種植株生長發(fā)育三維幾何形態(tài)連續(xù)監(jiān)測方法，其特征在于，采用如權(quán)利要求1至5所述的系統(tǒng)，在不接觸植株的前提下能測量出植株的外部特征參數(shù)，具體方法是: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，保存在圖像數(shù)據(jù)庫，后續(xù)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3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(píng)估模型，為研究植株的生長提供依據(jù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的植株生長發(fā)育三維幾何形態(tài)連續(xù)監(jiān)測方法，其特征在于，所述圖像處理算法有兩種實(shí)現(xiàn)方式，一種是全自動(dòng)參數(shù)計(jì)算方法，需要在被觀測植株葉片上面粘貼標(biāo)記點(diǎn)；另一種是人機(jī)交互式的參數(shù)計(jì)算方法，需要在計(jì)算機(jī)讀取圖片后人工在圖片上點(diǎn)取標(biāo)記點(diǎn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的環(huán)境與植株生長發(fā)育三維幾何形態(tài)連續(xù)監(jiān)測裝置，其特征在于，所述圖片的采集設(shè)定一定的時(shí)間段和時(shí)間間隔重復(fù)采集并計(jì)算參數(shù)。
【文檔編號(hào)】G01B11/24GK104006760SQ201410198378
【公開日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年5月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月12日
【發(fā)明者】劉成良, 陳冉, 貢亮, 張執(zhí)南, 趙源深, 劉佰鑫, 黃亦翔 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)