[发明专利]一种基于空间雕刻技术的高通量设施作物三维形态信息测量系统

说明书

本发明公开了一种基于空间雕刻技术的高通量设施作物三维形态信息测量系统，其特征在于，包括成像室，所述成像室采用铝型材构建，为长方体结构，六面封闭，成像室内安装有RGB LED可调光源、视觉传感器、精密旋台、滑轨平台、激光测距传感器、光幕传感器、成像系统控制柜、服务器电脑以及作物三维形态信息测量图像处理软件。

技术领域

本发明涉及作物三维形态信息测量领域，尤其是一种高通量设施作物三维形态信息测量系统。

背景技术

随着我国设施农业的发展，我国已是世界设施园艺第一生产大国，由于作物信息是设施园艺栽培实现智能化管理的重要依据，所以作物信息的高效、精准、可靠测量是设施园艺智能化装备急需解决的关键问题之一。设施作物三维形态信息主要包括植株三维形态信息和植株器官三维形态信息。所涉及的具体植株三维形态信息主要包括株高、株宽、体积、总叶面积、分蘖数等，具体植株器官三维形态信息主要包括果实数量、果实体积、果实直径、花朵数量、花朵体积、茎秆直径、叶面积等。传统作物三维形态信息测量主要靠人工测量和目测等方式获取，存在速度慢、强度大、主观性强、误差大等缺陷。在作物三维形态信息测量技术方面，目前有立体视觉、线激光三维扫描、2D/3D激光雷达、多视角立体成像等技术的作物三维信息形态测量方法。但是，多数产品只局限于结构简单、理想化的初期幼苗单体、整株作物或局部器官的三维形态信息测量，并且三维形态测量速度比较慢。此外，由于作物信息在生长周期内三维形态信息变化比较大，并且生长环境复杂，导致作物信息计算方法精度低和适用性弱，多数作物形态信息特征计算方法仅适用于特定生长阶段的作物信息测量，无法满足设施园艺智能化装备对全生长周期大规模作物三维形态信息高通量测量的需要，同时高通量作物三维形态信息测量技术的滞后也已成为制约作物功能基因组学和分子育种发展的瓶颈。因此，提高作物三维形态信息测量方法的效率、精度和适用性是作物形态信息测量系统需要解决的关键问题。鉴于高通量作物三维形态信息测量技术的重要性，对设施园艺栽培、作物分子育种等领域的发展具有重要的研究意义，就需要设计一种能够高效、精准、适用性强的作物三维形态信息测量设备。

发明内容

本发明旨在提供一种多视觉传感器同步触发，实现多视角作物图像捕获，能够适用于复杂三维形态作物三维高速重建与信息测量，具有高速获取作物三维形态信息的能力，且具有精度高、速度快、适用性强的高通量设施作物三维形态信息测量系统。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

基于空间雕刻技术的高通量设施作物三维形态信息测量系统，包括成像室，所述成像室采用铝型材构建，为长方体结构(六面封闭)，成像室内安装有RGB LED可调光源、视觉传感器、精密旋台、滑轨平台、激光测距传感器、光幕传感器、成像系统控制柜、服务器电脑以及作物三维形态信息测量图像处理软件等。RGB LED可调光源安装于成像室顶部和两侧(z轴向)。1个视觉传感器安装于成像室顶部，其余6个视觉传感器安装于滑轨平台支架上，成圆形等间距分布。滑轨平台安装于成像室中间两侧(z轴向)，激光测距传感器安装于滑轨平台支架下方，滑轨平台上下两端均安装有限位保护开关。光幕传感器安装于成像室入口两侧(z轴向)。成像室两侧(x轴向)均安装有电动移门。成像系统控制柜安装于成像室侧面(z轴向，外侧)，控制柜中主要包括：空气开关、电源模块、控制器、继电器、步进电机驱动器、信号中继器等。作物三维形态测量图像处理软件安装于服务器电脑上，多路视觉传感器通过USB线连接至服务器上，成像室控制器通过RS232线连接至服务器上。

作为本发明的进一步方案：所述RGB LED可调光源，采用RGB LED光带安装于长方形无边框铝合金灯箱中，面板采用白色匀光板。光源采用脉冲宽度调制技术，可实现光源强度和色彩调节，为视觉传感器提供均匀的、合适的成像光源。

作为本发明的进一步方案：所述视觉传感器，均匀等距安装于圆环支架上，采用多传感器同步触发方式，实现作物多视角同步成像，减少了多视角成像时间，该方案适用于复杂三维形态的作物三维高速重建与信息测量。