植株生长发育三维几何形态连续监测装置及方法
【专利摘要】本发明公开一种植株生长发育三维几何形态连续监测装置及方法，包括放置在植株不同角度拍摄植株图片的多台工业相机，所述工业相机与工控机相连，拍摄图片传入工控机，经工控机处理，构成植株生长态势量化评估模型，工控机连接显示器。本发明基于机器视觉，利用多台工业相机分别从多个不同角度拍摄植株的图片，保存在图像数据库，后续采用图像处理算法，获得植株生长发育的各种参数，并将参数簇信息保存在植株形态参数空间3维信息数据库，同时根据不同时间点所获得的植株形态参数建立植株生长发育全程量化形态数据库，植株表观空间、时间数据库联合构成植株生长态势量化评估模型，为研究植株的生长提供依据。
【专利说明】植株生长发育三维几何形态连续监测装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及农业机械【技术领域】，具体地说是一种绿叶植株生长发育全程外观三维几何形态连续监测装置与方法。
【背景技术】
[0002]由于农作物生长都有一定的时间周期，而且有些农作物白天和夜晚的生长状况有很大差异，人工进行农作物外观几何形态的监测费时、费力，而且与农作物接触式的测量方法有可能会损伤植株，妨碍植株的正常生长。
[0003]传统的植物几何形态数据测量方法主要用尺测量叶片长度、植株高度，用量角器测量植株分枝的方位角和夹角等，常用的农作物叶片面积信息测量方法有干重比例法、打孔称重法、坐标纸法和贴纸扫描法等人工测量方法。这些手工方法由于受人为、自然等因素的影响较多，导致测量精度差、测量结果不理想，基本上已经淘汰，而现在常用的方法是利用三维数字化仪来测量，虽然数据精确，测量效果好，但由于价格较高、操作相对复杂，对其推广使用也产生了一定影响。
[0004]现有的植株外观几何形态监测装置与方法主要基于机器视觉技术。申请号为201210293496.7的发明专利申请，公开了一种测量和记录农作物总叶面积、绿叶面积、黄叶面积和绿叶指数的设备，由叶片传送装置、图像采集装置、PLC控制器以及计算机系统组成，将剪下的叶片直接送入仪器测量分析。该系统需要将叶片剪下，无法对植株叶面积进行无损测量。申请号为201210417635.2的发明专利申请，公开了一种基于机器视觉的嫁接苗外部特征测量方法及系统，俯视方向采集嫁接苗图像，利用图像处理算法计算采集到的图像中的子叶参数信息；正视方向采集嫁接苗的图像，利用图像处理算法计算采集到的图像中的株高和苗径椭圆的长短轴参数信息，将参数传送给控制机。该系统实现快速非接触式测量，但得到的参数信息仅是二维平面形态。
【发明内容】
[0005]鉴于上述现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种植株生长发育三维几何形态连续监测装置及方法，在不接触植株的前提下能够连续监测绿叶植株生长发育全程外观三维几何形态，监测植株的生长变化，建立植株生长态势量化评估模型，为研究植株的生长提供依据。
[0006]为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的:
[0007]—种植株生长发育三维几何形态连续监测装置，包括放置在植株不同角度拍摄植株图片的多台工业相机，所述工业相机与工控机相连，拍摄图片传入工控机，经工控机处理，构成植株生长态势量化评估模型，工控机连接显示器。
[0008]所述工业相机分别放置在水平、垂直、水平45°和垂直45°四个方向上。
[0009]所述工业相机放置在实验穴盘上。
[0010]所述实验穴盘、工控机以及显示器放置在支撑平台上。[0011]所述支撑平台设置有滚轮。
[0012]一种植株生长发育三维几何形态连续监测方法，采用上述的系统，在不接触植株的前提下能测量出植株的外部特征参数，具体方法是:基于机器视觉，利用多台工业相机分别从多个不同角度拍摄植株的图片，保存在图像数据库，后续采用图像处理算法，获得植株生长发育的各种参数，并将参数簇信息保存在植株形态参数空间3维信息数据库，同时根据不同时间点所获得的植株形态参数建立植株生长发育全程量化形态数据库，植株表观空间、时间数据库联合构成植株生长态势量化评估模型，为研究植株的生长提供依据。
[0013]所述图像处理算法有两种实现方式，一种是全自动参数计算方法，需要在被观测植株叶片上面粘贴标记点；另一种是人机交互式的参数计算方法，需要在计算机读取图片后人工在图片上点取标记点。
[0014]所述图片的采集设定一定的时间段和时间间隔重复采集并计算参数。
[0015]本发明技术方案，采取基于机器视觉的方式连续监测绿叶植株生长发育全程外观三维几何形态，利用工业相机从不同角度拍摄植株图片，通过图像处理算法得到植株外观三维几何形态参数，构建植株三维几何形态，将图片和参数簇信息分别保存在图像数据库和植株形态参数空间3维信息数据库，根据不同时间点所获得的植株形态参数建立植株生长发育全程量化形态数据库，联合植株表观空间、时间数据库构成植株生长态势量化评估模型，为研究植株的生长提供依据。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]通过阅读参照以下附图的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0017]图1为本发明装置实施例的结构示意图。
[0018]图2为本发明方法的逻辑关系图。
【具体实施方式】:
[0019]以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步的说明，以充分了解本发明的目的、特征和效果。
[0020]图1?图2所示，本发明公开了绿叶植株生长发育全程外观三维几何形态连续监测装置，包括放置在植株不同角度拍摄植株图片的多台工业相机1，工业相机I与工控机2相连，拍摄图片传入工控机2，经工控机处理，构成植株生长态势量化评估模型，工控机2连接显示器3。本发明实施例中，四个角度放置的工业相机分别在水平、垂直、水平45°和垂直45°上。工业相机I放置在实验穴盘4上。实验穴盘4、工控机2以及显示器3放置在支撑平台5上，为方便移动，支撑平台5设置有滚轮6。
[0021]图2所示的本发明绿叶植株生长发育全程外观三维几何形态连续监测方法，准确安放工业相机，并将工业相机与工控机相连，拍摄图片传入工控机并连续定时保存在工控机的图像数据库中，后续采用两种方式实现图像处理，计算参数，获得植株的高度、叶片面积和两叶片间夹角等参数，并将参数簇信息保存在植株形态参数空间3维信息数据库。同时根据不同时间点所获得的植株形态参数建立植株生长发育全程量化形态数据库。植株表观空间、时间数据库联合构成植株生长态势量化评估模型。[0022]图像处理算法的实现方式有两种，一种是全自动参数计算方法，需要在被观测植株叶片上面粘贴标记点；另一种是人机交互式的参数计算方法，需要人工在图片上点取标记点。
[0023]设定图像采集的时间段，设定时间间隔重复采集图像和计算参数，直至完成所有实验。
[0024]以上内容是结合具体的优选实施例来对本发明所作进一步详细说明，所以不能将本发明局限在上述这些说明中。对于本发明所属【技术领域】的普通技术人员来说，在本发明的构思基础上所做的推演和替换都应视为属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种植株生长发育三维几何形态连续监测装置，其特征在于，包括放置在植株不同角度拍摄植株图片的多台工业相机，所述工业相机与工控机相连，拍摄图片传入工控机，经工控机处理，构成植株生长态势量化评估模型，工控机连接显示器。
2.根据权利要求1所述的植株生长发育三维几何形态连续监测装置，其特征在于，所述工业相机分别放置在水平、垂直、水平45°和垂直45°四个方向上。
3.根据权利要求2所述的植株生长发育三维几何形态连续监测装置，其特征在于，所述工业相机放置在实验穴盘上。
4.根据权利要求3所述的植株生长发育三维几何形态连续监测装置，其特征在于，所述实验穴盘、工控机以及显示器放置在支撑平台上。
5.根据权利要求4所述的植株生长发育三维几何形态连续监测装置，其特征在于，所述支撑平台设置有滚轮。
6.一种植株生长发育三维几何形态连续监测方法，其特征在于，采用如权利要求1至5所述的系统，在不接触植株的前提下能测量出植株的外部特征参数，具体方法是:基于机器视觉，利用多台工业相机分别从多个不同角度拍摄植株的图片，保存在图像数据库，后续采用图像处理算法，获得植株生长发育的各种参数，并将参数簇信息保存在植株形态参数空间3维信息数据库，同时根据不同时间点所获得的植株形态参数建立植株生长发育全程量化形态数据库，植株表观空间、时间数据库联合构成植株生长态势量化评估模型，为研究植株的生长提供依据。
7.根据权利要求6所述的植株生长发育三维几何形态连续监测方法，其特征在于，所述图像处理算法有两种实现方式，一种是全自动参数计算方法，需要在被观测植株叶片上面粘贴标记点；另一种是人机交互式的参数计算方法，需要在计算机读取图片后人工在图片上点取标记点。
8.根据权利要求6所述的环境与植株生长发育三维几何形态连续监测装置，其特征在于，所述图片的采集设定一定的时间段和时间间隔重复采集并计算参数。
【文档编号】G01B11/24GK104006760SQ201410198378
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年5月12日 优先权日:2014年5月12日
【发明者】刘成良, 陈冉, 贡亮, 张执南, 赵源深, 刘佰鑫, 黄亦翔 申请人:上海交通大学