植物三维表型信息采集装置的制作方法

1.本实用新型涉及植物成像技术领域，尤其涉及一种植物三维表型信息采集装置。


背景技术：

2.精准获取植物的表型信息是农业科研的重要基础，通过对盆栽植物多角度拍照并结合人工智能算法，可以实现植物三维结构的重构以及表型信息提取，现有的植物表型采集装置需要人为将植物放到样品台中心，费时费力，并且给植物的拍照的相机位置固定，对于尺寸不同的植物进行拍照时误差较大。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本实用新型的目的在于提出一种植物三维表型信息采集装置，以解决背景技术中提及的相关问题。
4.基于上述目的，本实用新型提供了一种植物三维表型信息采集装置，包括：箱体，内部设有光源；旋转组件，位于所述箱体内底部，被配置为盛放植物并控制所述植物转动；第一水平传动组件，被配置为控制所述旋转组件沿第一方向往复移动；第一拍照设备，位于所述箱体内顶部，被配置为采集所述植物顶部的图像信息；竖直传动组件，被配置为控制所述第一拍照设备竖直移动；第二拍照设备，设置在所述箱体内，位于所述植物侧面，被配置为采集所述植物侧面的图像信息；第二水平传动组件，被配置为控制所述第二拍照设备沿第二方向往复移动，所述第二方向与所述第一方向为相互垂直的水平方向。
5.进一步地，所述植物三维表型信息采集装置还包括挡板，设置在所述旋转组件与所述第一水平传动组件之间。
6.进一步地，所述旋转组件包括：平台，位于所述挡板上方，被配置为盛放所述植物；第一电机，被配置为驱动所述平台转动；
7.所述第一水平传动组件包括：第一丝杆滑台，固定在所述箱体内底部，朝向所述第一方向设置；第二电机，被配置为驱动所述第一丝杆滑台的丝杆转动；平台支架，固定连接所述平台和所述第一丝杆滑台的滑台。
8.进一步地，所述竖直传动组件包括：滑轨，竖直固定在所述箱体内顶部；第二丝杆滑台，与所述滑轨相对设置，竖直固定在所述箱体内顶部；第一旋转手柄，被配置为控制所述第二丝杆滑台的丝杆转动；连接杆，一端与所述滑轨滑动连接，另一端与所述第二丝杆滑台的滑台固定连接，所述连接杆上设有所述第一拍照设备。
9.进一步地，所述第二水平传动组件包括：第三丝杆滑台，固定在所述箱体内底部，朝向所述第二方向设置；第二旋转手柄，被配置为控制所述第三丝杆滑台的丝杆转动；固定杆，竖直固定在所述第三丝杆滑台的滑台上，所述固定杆上设有所述第二拍照设备。
10.进一步地，所述光源为补光灯，所述补光灯为多组，位于所述植物的侧面和顶部，与所述箱体铰接。
11.进一步地，所述箱体靠近所述第一水平传动组件的一侧设有第一门，所述箱体靠
近所述第二水平传动组件的一侧设有第二门。
12.进一步地，所述箱体底部设有多组万向轮，侧面设有风扇。
13.进一步地，所述箱体内面向所述第二拍照设备的侧壁上设有第一背景布，所述挡板上设有第二背景布。
14.进一步地，所述植物三维表型信息采集装置还包括：控制器，与所述光源、第一电机、第二电机、第一拍照设备和第二拍照设备电连接；上位机，与所述第一拍照设备和第二拍照设备电连接。
15.从上面所述可以看出，本实用新型提供的植物三维表型信息采集装置，将植物放在旋转组件上，通过设置第一水平传动组件带动旋转组件移动进而带动植物水平移动，避免人为搬运植物到拍照中心，省时省力，也提高植物位置准确性；通过设置竖直传动组件调节第一拍照设备与植物的竖直距离，通过设置第二水平传动组件调节第二拍照设备与植物的水平距离，可以针对不同尺寸植物调节拍摄距离，提高成像效果，降低测试误差；该植物三维表型信息采集装置结构简单，组装便利，拍照效率高，成像效果好，适合不同尺寸植物三维表型测量。
附图说明
16.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为本实用新型实施例中植物三维表型信息采集装置的内部结构示意图；
18.图2为本实用新型实施例中植物三维表型信息采集装置的外观结构示意图；
19.图3为本实用新型实施例中旋转组件与第一水平传动组件的结构示意图；
20.图4为图3中旋转组件的局部放大示意图；
21.图5为本实用新型实施例中竖直传动组件的结构示意图；
22.图6为本实用新型实施例中第二水平传动组件的结构示意图；
23.图7为本实用新型实施例中控制器与上位机的模块示意图。
24.附图标记：1、箱体；2、光源；3、旋转组件；3
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1、平台；3
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2、第一电机；3
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3、涡轮；3
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4、蜗杆；4、第一水平传动组件；4
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1、第一丝杆滑台；4
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2、第二电机；4
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3、平台支架；4
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4、第一电缆拖链；5、第一拍照设备；6、竖直传动组件；6
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1、滑轨；6
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2、第二丝杆滑台；6
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3、第一旋转手柄；6
‑
4、连接杆；6
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5、第二电缆拖链；7、第二拍照设备；8、第二水平传动组件；8
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1、第三丝杆滑台；8
‑
2、第二旋转手柄；8
‑
3、固定杆；8
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4、第三电缆拖链；9、植物；10、挡板；11、第一背景布；12、第二背景布；13、第一门；14、第二门；15、控制器；16、上位机；17、万向轮；18、风扇。
具体实施方式
25.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。
26.需要说明的是，除非另外定义，本实用新型实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第
一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
27.植物表型是反映植物结构及组成、植物生长发育过程及结果的全部物理、生理、生化特征和性状，精准获取植物的表型信息是农业科研的重要基础，通过对盆栽植物多角度拍照（包括对植物顶部和植物侧面拍照）并结合人工智能算法，可以实现植物三维结构的重构以及表型信息提取。现有的植物表型采集装置箱体很大，需要人为将植物放到箱体中心的样品台上进行拍照，拍照后再人为取出植物，费时费力。此外，给植物进行拍照的相机位置是固定的，这样对于尺寸不同的植物进行拍照时成像效果差，不同植物间的测试误差较大，而且同一植物从幼苗到成株过程尺寸变化也很大，这样固定的相机成像效果差。
28.在实现本实用新型的过程中发现，可以考虑将放置植物拍照样品台增设可以水平传动的装置，使样品台在箱体门口盛放好植物再平移至拍照中心，拍照完成后样品台再平移至箱体门口取下植物；另外对于不同尺寸的植物可以考虑植物宽度和高度的变化，在植物顶部和侧面设置距离可调节的相机，可以解决成像效果差的问题。
29.以下，通过具体的实施例并结合图1
‑
7进一步详细说明本实用新型的技术方案。
30.本实用新型的一些实施例中提供了一种植物三维表型信息采集装置，如图1和图2所示，包括：箱体1，内部设有光源2；旋转组件3，位于所述箱体1内底部，被配置为盛放植物9并控制所述植物9转动；第一水平传动组件4，被配置为控制所述旋转组件3沿第一方向往复移动；第一拍照设备5，位于所述箱体1内顶部，被配置为采集所述植物9顶部的图像信息；竖直传动组件6，被配置为控制所述第一拍照设备5竖直移动；第二拍照设备7，设置在所述箱体1内，位于所述植物9侧面，被配置为采集所述植物9侧面的图像信息；第二水平传动组件8，被配置为控制所述第二拍照设备7沿第二方向往复移动，所述第二方向与所述第一方向为相互垂直的水平方向。
31.带有光源2的箱体1可以使对植物9拍摄的图片保持统一，避免受到外界不同光环境的干扰。
32.将植物9放在旋转组件3上，可以控制植物9转动，对植物9不同的侧面进行拍照。
33.第一方向是从植物拍摄位置到箱体1门口的方向，通过设置第一水平传动组件4带动旋转组件3移动进而带动植物9水平往复移动，植物9从箱体1门口放到旋转组件3上，再平移至进行植物拍摄位置，拍照完成后再平移至箱体1门口取下植物9，避免人为搬运植物9，省时省力，也提高植物9摆放位置的准确性。
34.第二方向是从第二拍照设备7到植物拍摄位置的方向，第一拍照设备5和第二拍照设备7为高光谱相机。通过设置竖直传动组件6调节第一拍照设备5与植物9的竖直距离，通过设置第二水平传动组件8调节第二拍照设备7与植物9的水平距离，可以针对不同尺寸植物9调节拍摄距离，最大限度利用拍照设备的分辨率，提高成像效果，降低不同植物9间拍照的测试误差。
35.该植物三维表型信息采集装置结构简单，组装便利，拍照效率高，成像效果好，适
合不同尺寸植物9三维表型测量。
36.在一些实施例中，如图1所示，所述植物三维表型信息采集装置还包括挡板10，设置在所述旋转组件3与所述第一水平传动组件4之间。
37.设置挡板10可以遮挡第一水平传动组件4，一方面避免第一水平传动组件4对植物9顶部拍摄的图像造成干扰，另一方面对第一水平传动组件4起到保护作用，因为植物9会频繁在第一水平传动组件4上移动，设置挡板10可以避免杂物掉落造成第一水平传动组件4损害，如果有杂物掉落到挡板10上也易于清理。
38.在一些实施例中，如图3和图4所示，所述旋转组件3包括：平台3
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1，位于所述挡板10上方，被配置为盛放所述植物9；第一电机3
‑
2，被配置为驱动所述平台3
‑
1转动；所述第一水平传动组件4包括：第一丝杆滑台4
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1，固定在所述箱体1内底部，朝向所述第一方向设置；第二电机4
‑
2，被配置为驱动所述第一丝杆滑台4
‑
1的丝杆转动；平台支架4
‑
3，固定连接所述平台3
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1和所述第一丝杆滑台4
‑
1的滑台。
39.平台3
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1上盛放有植物9，平台3
‑
1下方设有涡轮3
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3，第一电机3
‑
2的电机轴连接有蜗杆3
‑
4，第一电机3
‑
2驱动蜗杆3
‑
4转动进而带动涡轮3
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3转动，涡轮3
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3转动带动平台3
‑
1转动进而实现植物9的转动。
40.第二电机4
‑
2的电机轴与第一丝杆滑台4
‑
1的丝杆通过同步带连接，第二电机4
‑
2的电机轴转动带动丝杆转动，进而带动第一丝杆滑台4
‑
1的滑台水平移动，滑台水平移动带动平台支架4
‑
3水平移动，进而实现旋转组件3水平移动。
41.挡板10数量为两块，沿第二方向并列设置，平台支架4
‑
3位于两块挡板之间，截面形状为工字型，使得挡板10之间的间隙降低，减少挡板下方的露出面积，这样在对植物9顶部拍摄照片时可以降低影响。
42.第一丝杆滑台4
‑
1的滑台旁设有柔性的第一电缆拖链4
‑
4，内部设有与第一电机3
‑
2连接的电缆，可以随着滑台移动，保护电缆。
43.在一些实施例中，如图5所示，所述竖直传动组件6包括：滑轨6
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1，竖直固定在所述箱体1内顶部；第二丝杆滑台6
‑
2，与所述滑轨6
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1相对设置，竖直固定在所述箱体1内顶部；第一旋转手柄6
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3，被配置为控制所述第二丝杆滑台6
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2的丝杆转动；连接杆6
‑
4，一端与所述滑轨6
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1滑动连接，另一端与所述第二丝杆滑台6
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2的滑台固定连接，所述连接杆6
‑
4上设有所述第一拍照设备5。
44.第一旋转手柄6
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3与第二丝杆滑台6
‑
2的丝杆固定连接，通过转动第一旋转手柄6
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3带动丝杆转动，进而带动第二丝杆滑台6
‑
2的滑台竖直移动，滑台竖直移动带动连接杆6
‑
4竖直移动，进而带动第一拍照设备5竖直移动，以此调整第一拍照设备5与植物9的竖直距离。
45.通过连接杆6
‑
4连接相对设置的滑轨6
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1与第二丝杆滑台6
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2，第一拍照设备5再安装在连接杆6
‑
4上，使得第一拍照设备5受力均匀，拍照时更稳固，拍照效果好，第一拍照设备5通过把手螺栓安装在连接杆6
‑
4上，组装也方便。
46.第二丝杆滑台6
‑
2的滑台旁设有柔性的第二电缆拖链6
‑
5，内部设有与第一拍照设备5连接的电缆，可以随着滑台移动，保护电缆。
47.在一些实施例中，如图6所示，所述第二水平传动组件8包括：第三丝杆滑台8
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1，固定在所述箱体1内底部，朝向所述第二方向设置；第二旋转手柄8
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2，被配置为控制所述第三
丝杆滑台8
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1的丝杆转动；固定杆8
‑
3，竖直固定在所述第三丝杆滑台8
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1的滑台上，所述固定杆8
‑
3上设有所述第二拍照设备7。
48.第二旋转手柄8
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2与第三丝杆滑台8
‑
1的丝杆固定连接，通过转动第二旋转手柄8
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2带动丝杆转动，进而带动第三丝杆滑台8
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1的滑台水平移动，滑台水平移动带动固定杆8
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3水平移动，进而带动第二拍照设备7竖直移动，以此调整第二拍照设备7与植物9的水平距离。
49.第二拍照设备7通过把手螺栓安装在固定杆8
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3上，组装方便，也可以调整第二拍照设备7的高度。
50.第三丝杆滑台8
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1的滑台旁设有柔性的第三电缆拖链8
‑
4，内部设有与第二拍照设备7连接的电缆，可以随着滑台移动，保护电缆。
51.在一些实施例中，如图1所示，所述光源2为补光灯，所述补光灯为多组，例如为6组，位于所述植物9的侧面和顶部，可以提高补光效果，补光灯与所述箱体1铰接，便于调节光照角度，提高成像效果。
52.进一步地，如图1所示，补光灯通过铰接轴连接在立柱上，使补光灯可以上下转动，立柱两端通过螺栓连接在箱体1上，这样通过立柱水平转动可以带动补光灯水平转动，调整补光灯的光照角度，安装方便。
53.在一些实施例中，如图2所示，所述箱体1靠近所述第一水平传动组件4的一侧设有第一门13，所述箱体1靠近所述第二水平传动组件8的一侧设有第二门14。
54.第一门13为推拉门，与箱体1滑动连接，用于取放植物9，在拍照时第一门13是关闭的，在传送植物9时第一门13是打开的，推拉门开关方便，利于频繁使用。
55.第二门14通过合页铰接在箱体1上，用于进入箱体1内部对部件调试。
56.在一些实施例中，如图2所示，所述箱体1底部设有多组万向轮17，便于箱体1移动，箱体1侧面设有风扇18，方便对光源2散热。
57.在一些实施例中，如图1所示，所述箱体1内面向所述第二拍照设备的侧壁上设有第一背景布11，第一背景布11用于对植物9侧面拍照，所述挡板10上设有第二背景布12，第二背景布12用于对植物9顶部拍照，设置背景布保证成像质量一致，提高成像效果。
58.在一些实施例中，如图1和图7所示，所述植物三维表型信息采集装置还包括：控制器15，与所述光源2、第一电机3
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2、第二电机4
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2、第一拍照设备5和第二拍照设备7电连接；上位机16，与所述第一拍照设备5和第二拍照设备7电连接。
59.控制器15为plc控制器，型号为简思sup070
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sfa48，光源2为补光灯，第一电机3
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2和第二电机4
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2为步进电机，第一拍照设备5和第二拍照设备7为高光谱相机，上位机16为触控一体机，型号为互视达bgcm
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32。
60.控制器15与光源2电连接，控制光源2启闭；控制器15与第一电机3
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2电连接，控制第一电机3
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2转动，调整植物9转动角度；控制器15与第二电机4
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2电连接，控制第二电机4
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2转动，用于水平移动植物9；控制器15与第一拍照设备5电连接，控制第一拍照设备5拍摄植物9顶部的图像信息；控制器15与第二拍照设备7电连接，控制第二拍照设备7拍摄植物9侧面的图像信息；上位机16接收并储存第一拍照设备5和第二拍照设备7拍摄的图像信息，进行植物9三维构建以及表型分析。
61.在一些实施例中，盛装植物9的花盆设有条形码，条形码记载所盛装的植物信息，
上位机16通过蓝牙连接扫码枪，扫码枪通过扫条形码向上位机16传递植物信息，使植物信息与图像信息保持对应。
62.在一些实施例中，该植物三维表型信息采集装置的工作过程包括，打开控制器15与上位机16，开启第一门13，将植物9放在旋转组件3上，扫码枪扫条形码，然后控制植物9水平移动至拍照位置进行拍照，关闭第一门13，控制第一拍照设备5和第二拍照设备7拍照，控制植物9转动，通常拍摄植物9顶部照片1张，拍摄植物9侧面照片4张或8张，拍照结束后开启第一门13，控制植物9水平移动至门口并卸载，完成一组植物三维表型测量。
63.所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围（包括权利要求）被限于这些例子；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
64.本实用新型的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何省略、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。