[发明专利]盆栽水稻表型参数的全自动无损测量系统及测量方法

权利要求书

1.一种盆栽水稻表型参数的全自动无损测量系统，其特征在于，包括X射线源、X射线探测器、顶视相机、侧视相机、光源、输入端接近开关、检测区对射式光电开关、检测区接近开关，旋转台、盆栽水稻小车、输入端电动门、输出端电动门、输入端输送线、检测区输送线、输出端输送线、铅房、可编程控制器和工作站；

所述X射线源与所述X射线探测器分别安装于检测区输送线的两侧，所述顶视相机固定在所述铅房顶部，所述测试相机固定安装于检测区输送线一侧，所述旋转台安装在检测区输送线上，所述输入端电动门和输出端电动门安装在铅房两侧，所述工作站分别与X射线探测器、顶视相机、侧视相机和可编程控制器相连，所述可编程控制器分别与X射线源、光源、输入端接近开关、检测区对射式光电开关、检测区接近开关、旋转台、输入端电动门、输出端电动门、输入端输送线、检测区输送线、和输出端输送线相连；所述盆栽水稻小车用于固定盆栽水稻使其在输入端输送线、检测区输送线、输出端输送线上运行平稳，所述光源用于为成像提供充足的照明。

2.根据权利要求1所述的盆栽水稻表型参数的全自动无损测量系统，其特征在于，所述检测区输送线上还安装升降台，所述旋转台安装在升降台上，所述升降台用于将盆栽水稻和电动旋转台顶升至上位，便于所述X射线源、侧视相机的扫描、拍摄，所述可编程控制器相连所述升降台。

3.根据权利要求1所述盆栽水稻表型参数的全自动无损测量系统的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤i、打开工作站和可编程控制器；

步骤ii、所述输入端输送线输送带小车的盆栽水稻，所述输入端接近开关检测到小车，所述输入端电动门打开；

步骤iii、盆栽水稻通过所述输入端电动门，经检测区输送线输送，所述检测区对射式光电开关检测到水稻花盆，检测区接近开关感应到小车，所述输入端电动门关闭，所述输入端输送线停止，所述检测区输送线停止，所述小车落在所述旋转台上；

步骤iv、所述旋转台带动盆栽水稻旋转，同时，顶视相机拍摄盆栽水稻的顶视图片，侧视相机每隔一定角度拍一张图片，得到若干张侧视图像；X射线成像系统对水稻进行断层扫描，每隔一定角度获取该方向的投影值，共得到若干个方向的投影正弦图；

步骤v、拍摄完之后，所述旋转台停止旋转，所述输出端电动门打开，所述输入端输送线和所述检测区输送线启动送走盆栽水稻并将下一盆水稻植株送到检测区，延时一段时间后所述输出端电动门关闭；

步骤vi、所述工作站接收到数据，进行数字图像处理和分析后，得到水稻的表型参数包括株高、分蘖和生物量。

4.根据权利要求3所述盆栽水稻表型参数的全自动无损测量系统的测量方法，其特征在于，所述步骤iv中，在旋转台开始旋转之前，由升降台顶升盆栽水稻至上位；所述步骤iv中，所述旋转台停止旋转后，所述升降台下降。

5.根据权利要求3或4所述盆栽水稻表型参数的全自动无损测量系统的测量方法，其特征在于，所述步骤iv的数字图像处理和分析株高，包括以下步骤：(5-a)中值滤波：将植株图像进行中值滤波去除噪声；(5-b)二值化：将中值滤波后的图像转化为二值图，这一步骤将绿色部分提取出来，判断条件是RG两色分量的相对大小，R偏大为黄色，G偏大为绿色；(5-c)去除小区域：设定面积阈值，去掉连通区域面积在阈值以下的小区域；(5-d)搜索叶尖点：对二值图进行逐像素扫描，按一定的准则搜索所有叶尖点；(5-e)提取轮廓：为每一个叶尖点搜索轮廓，从其附近的背景点开始搜索轮廓，直到找不到下一个轮廓点为止；(5-f)计算叶尖点高度：从叶尖点开始搜索叶片外围轮廓，计算每个叶尖点高度，将所有叶尖点高度中的最大值作为该角度下的水稻株高值。(5-g)比较所有角度下得到的水稻株高值，取最大值作为当前水稻的株高。

6.根据权利要求3或4所述盆栽水稻表型参数的全自动无损测量系统的测量方法，其特征在于，所述步骤iv的数字图像处理和分析生物量，包括以下步骤：(6-a)目标物体分割；(5-b)面积统计：对经过上述处理后的图像，进行面积统计，得到植株一个角度下的投影面积；(5-c)对所有顶视图像和侧视图像进行分割后，采用侧视平均绿叶像素面积和顶视绿叶像素面积双变量的二元回归法计算生物量像素值，即ln(FW)＝aln(PV)+b，PV：植株体积，FW：植株鲜重，即文中的生物量。

7.根据权利要求3或4所述盆栽水稻表型参数的全自动无损测量系统的测量方法，其特征在于，所述步骤iv的数字图像处理和分析分蘖数，包括以下步骤：(7-a)卷积滤波逆投影，将得到的各个方向的投影正弦图，以投影正弦图为起点，直接在空域中进行修正，即将投影正弦图与一个事先设计好的卷积函数进行卷积运算，然后将卷积结果作反投影，得到分蘖断层重建图；(7-b)中值滤波：对重建出的图像进行中值滤波去除噪声；(7-c)最大熵自动阈值二值化：将中值滤波后的图像转化为二值图；(7-d)腐蚀：将粘连在一起的区域分开；(7-e)填充：填充区域内的小孔；(7-f)去除小区域：设定面积阈值，去掉联通区域面积在阈值以下的小区域；(7-g)区域计数：对经过上述处理后的图像，进行连通区域的计数，最终得到分蘖数。