植物表型采集装置的制作方法

本实用新型涉及植物表型采集设备技术领域，特别是涉及一种植物表型采集装置。

背景技术：

快速获取植物表型数据实现植株三维结构重建，是植物表型研究、品种鉴定以及植物3D仿真模拟(比如光合作用模型)等应用的重要技术手段。但是植物结构复杂，高低形状各异，能够精确重建植株的整体三维结构是一项很有挑战的工作。随着计算机视觉技术的发展，利用多视角图像来重建植株三维结构的技术已经发展成熟，可以达到较高的重建精度，也出现了许多较为成熟的基于图像的三维重建软件，所以通过获取高分辨率、360°完整角度的植物图像数据就可以精确地重建出植物三维结构。

现有技术中利用六轴多关节机械臂来实现植株的多视角图像采集，成功地提高了从各种植物类型获得的数据的准确性和质量。

但是该设备的缺点在于机械臂造价昂贵，不易推广；且改变相机的相对位置来得到360°完整角度的图像较为复杂。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本实用新型的目的是提供一种植物表型采集装置，以解决现有技术或相关技术中的植物表型采集装置早结昂贵，不易推广，且改变相机的相对位置来得到360°完整角度的图像较为复杂的技术问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种植物表型采集装置，包括旋转组件、传感器与第一支撑架；旋转组件包括载物台、边框以及底座；载物台安装在底座上，边框可旋转的套设在载物台外侧；第一支撑架设置在载物台的一侧，且与边框相连接；传感器安装在第一支撑架上，用于采集植物表型数据。

其中，该植物表型采集装置还包括驱动元件与控制组件；驱动元件与边框连接，驱动边框旋转；控制组件与驱动元件电连接，控制驱动元件的开启或关闭；控制组件与传感器电连接，控制传感器进行植物表型数据采集或者停止植物表型数据采集。

其中，控制组件包括控制箱与采集器；控制箱与驱动元件连接；采集器与传感器电连接，用于控制传感器进行植物表型数据采集或者停止植物表型数据采集，并接收与存储植物表型数据。

其中，该植物表型采集装置还包括第一滑轨与第二滑轨；第一滑轨与第二滑轨均水平设置，且第一滑轨与第二滑轨关于边框对称设置；第一滑轨及第二滑轨均可拆卸的安装在边框的侧壁上；第一支撑架可滑动地安装在第一滑轨上；控制组件可滑动地安装在第二滑轨上。

其中，该植物表型采集装置还包括固定元件；固定元件包括第一底杆与套筒；套筒竖直安装在第一底杆上；第一底杆的底部可拆卸地安装在载物台上。

其中，该植物表型采集装置还包括标记元件；标记元件包括第二底杆与标记板；标记板安装在第二底杆的顶部，第二底杆的底部安装在待测植物上。

其中，第一支撑架的本体为一可伸缩的菱形支撑架；菱形支撑架的底部设置有若干固定扣；第一支撑架靠近边框的一侧设置有第一安装台，第一安装台上安装有传感器。

其中，该植物表型采集装置还包括第二支撑架；第二支撑架的第一端与第一支撑架的顶部连接，第二端向靠近边框的方向延伸；第二支撑架上布置有传感器。

其中，该植物表型采集装置还包括手扶拖杆与转轮；转轮的一侧与第二支撑架的第一端连接，另一侧与手扶拖杆连接。

其中，该植物表型采集装置还包括第二安装台；第二安装台设置在第二支撑架上，第二安装台上安装有传感器。

其中，第二支撑架的本体由伸缩杆制成。

其中，传感器包括RGB相机、红外相机、近红外相机、高光谱相机、Kinect、SICK激光雷达中的一种或多种。

(三)有益效果

本实用新型提供的植物表型采集装置，通过将待采集的植物样本放置在载物台上，并且利用边框的旋转，带动与边框相连的第一支撑架上的传感器运动，以此获取植物的表型数据。该植物表型采集装置能够获取植物360°的表型数据，且操作过程简单；此外，装置本身的成本也较低，有利于大范围推广使用。

附图说明

图1为本实用新型提供的植物表型采集装置的一个实施例的整体结构示意图；

图2为本实用新型提供的植物表型采集装置中固定元件的一个实施例的局部结构示意图；

图3为本实用新型提供的植物表型采集装置中标记元件的一个实施例的结构示意图；

图中，1-载物台；2-边框；3-底座；4-第一支撑架；5-第二支撑架；6-控制箱；7-采集器；8-第一滑轨；9-第二滑轨；10-固定扣；11-第一安装台；12-第二安装台；13-手扶拖杆；14-转轮；15-伸缩锁；16-卡扣；17-固定元件；18-套筒；19-标记板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1所示，本实用新型提供一种植物表型采集装置，包括旋转组件、传感器与第一支撑架4；旋转组件包括载物台1、边框2以及底座3；载物台1的底部与底座3的上表面连接，边框2可旋转的套设在载物台1外；第一支撑架4设置在载物台1的一侧，且与边框2相连接；传感器安装在第一支撑架4上，用于采集植物表型数据。

具体地，例如，载物台1可以为圆筒形，待采集的植物可以与花盆一起放在载物台1上，其中载物台1保持固定；例如，边框2可以为圆环形，套设在载物台1外，且边框2与载物台1之间留有一定的间隙，可以防止边框2旋转时触碰载物台1；第一支撑架4可以竖直设置在载物台1的一侧，例如第一支撑架4可以与边框2的侧壁相连接，使得边框2旋转时，可以带动第一支撑架4运动；例如，传感器可以安装在第一支撑架4的顶部靠近载物台1的一侧，这样可以使传感器在采集植物表型数据时有更佳的视角；例如，底座3可以为圆形底座3，底座3可以采用钢铁等合金制成，既可以保证底座3的强度，也不会使得装置过于笨重，不便携带运输。

本实用新型提供的植物表型采集装置，通过将待采集的植物样本放置在载物台1上，并且利用边框2的旋转，带动与边框2相连的第一支撑架4上的传感器同步运动，以此获取植物的表型数据。该装置能够获取植物360°的表型数据，且操作过程简单；此外，装置本身的成本也较低，有利于大范围推广使用。

进一步地，该植物表型采集装置还包括驱动元件与控制组件；驱动元件与边框2连接，驱动边框2旋转；控制组件与驱动元件电连接，控制驱动元件的开启或关闭；控制组件与传感器电连接，控制传感器进行植物表型数据采集。具体地，例如，驱动元件可以为电机，控制组件与驱动元件相连接，可以控制驱动元件的运动参数，用来配合传感器的使用；控制组件与传感器之间电连接，当需要进行采集时，控制器发送开始指令，传感器收到指令后进行采集；采集结束时，控制组件控制传感器停止采集，之后再控制驱动元件停止工作，让旋转的边框2停下来。如此设置，使得该装置更加智能、可靠。

进一步地，控制组件包括控制箱6与采集器7；控制箱6与驱动元件连接；采集器7与传感器电连接，用于控制传感器进行植物表型数据采集，并接收与存储植物表型数据。具体地，例如，控制箱6主要负责对驱动元件的控制，采集器7则主要负责控制传感器的工作，并且采集器7还负责接收传感器采集到的植物表型数据，并对这些植物表型数据进行存储记录，方便后期的数据分析与处理。

进一步地，该植物表型采集装置还包括第一滑轨8与第二滑轨9；第一滑轨8与第二滑轨9均水平设置，且第一滑轨8与第二滑轨9关于边框2对称设置；第一滑轨8及第二滑轨9均可拆卸的安装在边框2的侧壁上；第一支撑架4可滑动地安装在第一滑轨8上；控制组件可滑动地安装在第二滑轨9上。具体地，例如，第一滑轨8与第二滑轨9均可以通过卡扣16可拆卸地安装在边框2的侧壁，例如，卡扣16为子母扣，在边框2的侧壁上安装子扣，在第一滑轨8与第二滑轨9上安装母扣，通过子母扣的可拆卸连接，来实现第一滑轨8与第二滑轨9的可拆卸功能；第一支撑架4可滑动地安装在第一滑轨8上，目的在于可以根据不同大小的植物来调节传感器与植物之间的距离，依次获得最佳采集位置；而控制组件可滑动地安装在第二滑轨9上，这样的话可以通过调节控制组件在第二滑轨9上的位置，来保持边框2的两侧的力矩平衡。

如图2所示，进一步地，该植物表型采集装置还包括固定元件17；固定元件17包括第一底杆与套筒18；套筒18竖直安装在第一底杆上；第一底杆的底部可拆卸地安装在载物台1上。具体地，例如，第一底杆可以为一“L”型杆，第一底杆的竖直段的底部可以开设螺纹，并对应的在载物台1上开设螺纹孔，以使得第一底杆可旋转的安装在载物台1上；第一底杆的水平段的端部可以与套筒18的侧壁固定连接，使用时，可以将截断后的植物插置在套筒18内，并旋转第一底杆来将套筒18调节至合适的采集位置；再例如，为了提高固定效果，可以在套筒18的一侧安装锁紧螺栓，来固定放置在套筒18内的植物。

如图3所示，进一步地，该植物表型采集装置还包括标记元件；标记元件包括第二底杆与标记板19；标记板19安装在第二底杆的顶部。具体地，例如，第二底杆可以为一圆杆，为了方便将标记元件插在植物上，可以将第二底杆的底部设置成锥形；例如为了便于标记的识别，可以将标记板19的形状设计成矩形。

进一步地，第一支撑架4的本体为一可伸缩的菱形支撑架；菱形支撑架的底部设置有若干固定扣10；第一支撑架4靠近边框2的一侧设置有第一安装台11，第一安装台11上安装有传感器。具体地，例如，可以在第一支撑架4每个底脚均安装固定扣10，固定扣10的形状可以根据第一滑轨8的形状设计，一方面可以让固定扣10带着第一支撑架4在第一滑轨8上移动，另一方面，在第一支撑架4完成伸缩，调节高度之后，对第一支撑架4进行锁紧固定，保持调节之后的高度不变；例如，第一安装台11可以为杆状，也可以为块状或者板状，实际的形状可以根据传感器的形状来设计，以使得传感器可以更方便的安装在第一安装台11上。

进一步地，该植物表型采集装置还包括第二支撑架5；第二支撑架5的第一端与第一支撑架4的顶部连接，第二端向靠近边框2的方向延伸；第二支撑架5上布置有传感器。具体地，例如，第二支撑架5可以矩形，第二支撑架5的第一端可以与第一支撑架4的顶部可拆卸连接，若是不需要时，可以将第二支撑架5取下；例如，可以在第二支撑架5的中部或者第二端的端部设置第二安装台12，第二安装台12的形状可以与第一安装台11的形状相同，方便安装传感器。

进一步地，该植物表型采集装置还包括手扶拖杆13与转轮14；转轮14的一侧与第二支撑架5的第一端连接，另一侧与手扶拖杆13连接。具体地，例如，手扶拖杆13可以由三根连接杆组成，分别命名为第一连接杆、第二连接杆与第三连接杆，其中第一连接杆与第二连接杆及第三连接杆均垂直设置，即第二连接杆与第二连接杆平行设置，且第二连接杆与第二连接杆之间留有一定的间隙；转轮14可以有两个，两个转轮14可转动地安装在第二支撑架5的第一端的两个顶点处，转轮14的侧壁可以与第二支撑架5上的平杆固定连接；第二连接杆的另一端与其中一个转轮14固定连接，第三连接杆的另一端与另一个转轮14固定连接；向下拉动第一连接杆时，可以使得第二连接杆及第三连接杆带动转轮14转动，再利用转轮14的转动带动第二支撑架5转动，以调节第二支撑架5与水平线之间的夹角，方便安装在第二支撑架5上的传感器获得更好的拍摄角度。再例如，为了使得调节效果更好，可以使用带自锁功能的转轮14，如此可以使得转轮14在旋转一定的角度，完成对第二支撑架5的角度调节之后，可以使第二支撑架5固定在该位置，使该装置使用起来更加方便。

进一步地，第二支撑架5的本体由伸缩杆制成。具体地，例如，组成第二支撑架5的杆子可以为伸缩杆，且可以在伸缩关节处设置伸缩锁15，在调节完伸缩杆的长度后进行锁紧。

进一步地，传感器包括RGB相机、红外相机、近红外相机、高光谱相机、Kinect、SICK激光雷达中的一种或多种。

接下来，以获取玉米植株的多视角图像为例，对该装置的使用进行说明。将玉米移入花盆栽植，放置于载物台1上，组装各个部分后准备开始测量。其中，技术人员可以根据盆栽植株包围盒的高度和宽度，选择第一滑轨8的长度，安装传感器的个数，调节第一支撑架4的高度和第二支撑架5的倾斜角度。比如V8-8叶期玉米植株，高度大概为1.0米，只需要在第一安装台11上安装一台相机即可，如果是在R1-吐丝期，植株高度在2.0-3.0米之间，考虑到保持装置的稳定，本实用新型的第一支撑架4的高度调节范围设计在0.5-3.0米之间，此情况下需要在第二支撑架5上的第二安装台12上安装相机，才能获取到完整的植株信息。用户通过控制箱6控制载物台1匀速转动，在转动过程中，用户通过采集器7控制传感器进行植物的表型数据采集，并进行数据的自动存储管理。

如果植株株型过高，为了获取完整的植株信息，可以考虑进行截断处理，分两次或更多次进行数据采集。通过标记元件对整体植株的某一位置进行标记，测量一组数据之后，将植株截断，截断时需保证截断部分位于标记位置的下方，之后对留下来的植株再次进行测量，由于两次测量时，标记元件处于同一位置不变，有利于后期将两组图像进行重组拼接。植株过高时，可以按照上述方法循环多次即可得到植株整体图像。

其中第一支撑架4与第二支撑架5可以采用铝制圆管材质制作。第一支撑架4的宽度调节范围控制在0.5-1.5米之间，高度调节范围控制在0.5-3.0米之间；第二支撑架5的角度调节范围控制在0°-90°之间，伸缩范围控制在1.0-2.0米之间，整个装置可以适用于植株高度在0.5m-4m之间的拍摄。

进一步地，可以在该装置的底座3的四个底脚位置分别安装高度可调的脚轮，可以方便装置移动的同时，还可以对装置进行调平。

由以上实施例可以看出，本实用新型提供的植物表型采集装置具备以下有益效果：

(1)装置的可组装性。装置的底座、载物台、第一支撑架、第二支撑架、控制箱、采集器等几部分是可以组装的。

(2)数据采集范围广。可以根据采集植物的大小调节第一支撑架装置的升降高度进行采集，也可以利用固定元件对截断后的植株进行采集，从而扩大装置的数据采集范围。

(3)数据采集角度的精确性。除了利用第一支撑架调节拍摄高度外，可以利用第二支撑架调节拍摄视角，最终相机拍摄位置类似于以半球面形式围绕拍摄物体，这样可以提高重建的质量，降低周围环境干扰，减少噪点提高精度。

(4)装置的稳定性。手扶托杆不仅可以在调节升降高度的时候起到控制下降的作用，也可以保证整个装置的重心稳定，从而提高整个装置在旋转过程中的稳定性，保证图片采集效果和重建精度。

(5)装置的易操作性。整个装置的使用不需要较高的技术操作，普通的工作人员就可以进行操作，降低劳动强度，易于推广。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。