本实用新型涉及植物根系生长工程技术领域，尤其涉及一种根系生长观察装置及其图像采集系统。
背景技术：
利用CCD与CMOS等图像传感器来采集植物生长各阶段的根系图片，传统的采集方法：将培养基填充在玻璃制成的常规容器中，再将植物种植在培养基中，根系在培养基中自然生长，不论待检测植物是直根系或须根系，在进行图像采集时，均会存在根系之间交互重叠的情况，远离图像传感器的一侧根系被遮挡难以采集；如果多角度对植物根系进行图像采集，后期的图像合成工作会存在较大困难。上次两种根系生长情况的采集方法最终都会导致采集结果存在较大偏差，且采集效率低下。
技术实现要素：
为此，需要提供一种根系生长观察装置及其图像采集系统，来解决根系图像采集困难的问题。
为实现上述目的，发明人提供了一种根系生长观察装置，所述根系生长观察装置包括壳体与推压组件，所述推压组件设置于壳体内部，所述壳体上设置有透光部，所述推压组件与透光部相对设置，所述推压组件、透光部与壳体内壁之间形成的空间为培养室，所述培养室作为容置根系培养体系的空间，所述推压组件用于将根系培养体系向透光部方向挤压，使得根系培养体系中的根系在贴合透光部的二维空间中生长。
进一步地，所述根系培养体系包括渗透片，所述渗透片设置于推压组件与透光部之间，渗透片与推压组件之间的空间为容置基质的基质空间，渗透片与透光部之间的空间为容置根系生长的生长空间。
进一步地，所述根系培养体系包括基质，所述基质设置于基质空间中，所述基质为能透液、可形变的基质，所述基质具备根系生长所需的水肥条件。
进一步地，所述渗透片的材质是生物膜、半透膜、海绵、滤纸、布帛、海绵或者泡棉。
进一步地，所述根系培养体系包括基材，所述基材具备能够阻止根系长入的强度，且基材具备根系生长所需的水肥条件，所述基材设置于培养室中，所述基材朝向壳体的一面与壳体内壁之间形成的空间为容置根系生长的生长空间。
进一步地，所述根系生长观察装置还包括滴灌，所述滴灌用于盛装植物生长所需的养料与水分。
进一步地，所述推压组件包括气囊，所述气囊的外壁、透光部与壳体内壁之间形成的空间为培养室。
进一步地，所述推压组件包括推板与动力机构，所述推板与透光部相对设置，所述推板、透光部与壳体内壁之间形成的空间为培养室，所述动力机构的动力输出端与推板传动连接。
进一步地，所述壳体包括区隔件，所述壳体的形状为长方体，所述透光部设置于壳体的各个侧壁上，所述区隔件设置于壳体的四个边角处；
所述推板与动力机构的个数均为四个，相对设置的推板和区隔件以及壳体的内壁之间形成的空间为培养室。
进一步地，所述壳体的形状为长方体，所述透光部设置于壳体的相对的两个侧壁上；
所述推板与动力机构的个数均为两个，相对设置的推板以及壳体的内壁之间形成的空间为培养室。
进一步地，还包括拉紧装置，所述拉紧装置的一端与推压组件相连接，拉紧装置的另一端与壳体相连接，所述壳体朝向推压组件的方向进行往返运动。
进一步地，所述拉紧装置为拉簧、橡皮、螺栓螺母、螺杆螺母或者齿轮齿条。
进一步地，所述推压组件包括动力机构、压块以及挤压件，所述动力机构与压块传动连接，所述挤压件设置挤压口，所述挤压口内壁设置有内螺纹，压块的外壁设置有与其相适配的外螺纹，所述压块通过挤压件将根系培养体系向透光部方向挤压。
进一步地，所述动力机构是气缸、液压缸、电缸、推杆电机、伺服电机或者气囊。
进一步地，所述壳体的形状为三棱柱、长条柱形、六棱柱、八棱柱、圆台或者球形。
进一步地，所述透光部是由玻璃、有机玻璃、调光玻璃或者高聚类材料制成的，或者透光部为镂空开口，镂空开口边缘设有卡合结构，用于卡设透光片。
进一步地，还包括温度传感器、湿度传感器、压力传感器、加热器与控制器，所述温度传感器、湿度传感器以及加热器均设置于壳体内部，所述压力传感器设置于基材或者基质上，所述温度传感器、湿度传感器、压力传感器以及加热器分别与控制器相连接。
进一步地，包括两个以上的根系生长观察装置、输送流水线、图像获取装置以及电脑，所述根系生长观察装置放置于输送流水线上，所述图像获取装置与电脑相连接，所述图像获取装置相对于根系生长观察装置设置，用于获取根系生长观察装置中的植物根系图像，所述电脑控制图像获取装置实时获取图像并将图像数据化记录；
所述根系生长观察装置包括壳体与推压组件，所述推压组件设置于壳体内部，所述壳体上设置有透光部，所述推压组件与透光部相对设置，所述推压组件、透光部与壳体内壁之间形成的空间为培养室，所述培养室作为容置根系培养体系的空间，所述推压组件用于将根系培养体系向透光部方向挤压。
区别于现有技术，上述技术方案具有如下优点：利用推压组件、透光部与壳体内壁之间形成的培养室来栽培植物，推压组件将根系培养体系向透光部方向挤压使得植物根系能够贴紧壳体内壁生长，使得根系分布均匀且不重叠生长，后期利用CCD与CMOS等图像传感器来采集植物根系的生长各阶段图像时，直接从透光部采集根系长度、直径、面积、体积、根尖记数等形态的图像，采集效率高，且能够有效降低根系形态和构造研究的偏差。
附图说明
图1为本实施例一种根系生长观察装置内培养根系时从透光部观察的植物根系图像；
图2为本实施例一种根系生长观察装置的透光片卡设在壳体上的平面结构示意图；
图3为本实施例一种根系生长观察装置的透光片卡设在壳体上的三维立体图；
图4为本实施例一种根系生长观察装置内设置有渗透片与基质的结构示意图；
图5为本实施例一种根系生长观察装置内设置有基材的结构示意图；
图6为本实施例一种根系生长观察装置包括滴灌的结构示意图；
图7为本实施例一种根系生长观察装置的推压组件为气囊的结构示意图；
图8为本实施例一种根系生长观察装置包括四个培养室的三维立体图；
图9为本实施例一种根系生长观察装置包括两个培养室的三维立体图；
图10为本实施例一种根系生长观察装置的壳体为圆柱形的三维立体图；
图11为本实施例一种根系生长观察装置包括拉紧装置的结构示意图；
图12为本实施例一种根系生长观察装置包含可调连接件与推板的结构示意图；
图13为本实施例一种根系生长观察装置包含盖体的结构示意图；
图14为本实施例一种根系生长观察装置的壳体为六棱柱的结构示意图；
图15为本实施例一种根系生长观察装置图像采集系统的结构示意图；
图16为本实施例一种根系生长观察装置的推压组件为压块与挤压件的结构示意图。
附图标记说明：
01、根系生长观察装置；
1、壳体；
11、透光部；
12、透光片；
13、区隔件；
14、壳体本体；
15、盖体；
16、凹槽；
2、推压组件
21、气囊；
22、推板；
23、动力机构；
25、拉紧装置；
26、可调连接件；
27、压块；
28、挤压件；
32、基质空间；
33、生长空间；
41、渗透片；
42、基质；
43、基材；
5、滴灌；
6、根系；
7、图像获取装置；
8、输送流水线；
9、电脑。
具体实施方式
为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。
请参阅图1至图16，本实施例提供一种根系生长观察装置，将待检测根系的植物种植于该装置中，使其根系贴壳体内壁生长，根系6铺平，不会重叠生长，再利用CCD与CMOS等图像传感器来对根系进行图像采集。
所述根系生长观察装置包括壳体1与推压组件，所述壳体作为该根系生长观察装置的主体部分，壳体一般为圆柱体、长方体、三棱柱、五棱柱以及六棱柱等其他规则的立体形状，或者这些规则立体形状的结合体，壳体还可能是一些特殊形状，比如球状以及圆台等结构，或者这些特殊形状的结合。
所述壳体上设置有透光部11，所述透光部的作用是方便利用CCD与CMOS等图像传感器从壳体外部采取根系生长的状态图像，为方便图像传感器对根系的生长状况进行图像采集，透光部通常是由透光材质制成的。
如图2和图3所示，在某些优选的实施例中，所述透光部是由玻璃、有机玻璃、调光玻璃或者高聚类材料制成的，或者透光部为镂空开口，镂空开口边缘设有卡合结构，用于卡设透光片12。所述透光片是玻璃、有机玻璃、调光玻璃或者高聚类材料。玻璃具有低色散、低折射率，提高分辨率，明显改善光学系统成像质量的优点。有机玻璃具有较好的透明性、力学性能和耐候性。高聚物包括聚甲基丙烯酸甲脂、聚苯乙烯、聚碳酸酯、苯乙烯丙烯腈共聚物、聚甲基异戍二烯、透明聚酰胺等，具有透射率高的优点。
在某些优选的实施例中，所述壳体形状为板材弯折、拼接、焊接、冲压形成的壳体，或者铸造、铣成的框架结构或者框板结合的结构。框架结构是指由梁和柱相连接而成，构成承重体系的结构，即由梁和柱组成框架共同抵抗使用过程中出现的水平荷载和竖向荷载。框架结构的壳体侧面部分上设置有透光部，透光部与框架式壳体之间采用固定连接、可抽拉分离或者可拆离的连接方式。框板结构的壳体是指在框架结构的基础上在框架的各侧面上安装板材，利用板材与框架围合形成一个闭合的空间，其中一个侧面上安装的是透光部，或者壳体的多个侧面上均安装有透光部；又或者是在侧面安装的板材上开设有透光部的安装位，将透光部安装于安装位中，安装多个透光部时，在多个侧面的板材上均开设透光部的安装位，即可安装多个透光部。
在某些优选的实施例中，所述壳体是由金属、塑料或者竹木制成，金属制成的壳体强度、刚度较大，在压紧植物根系的过程中，壳体不易变形；塑料制成的壳体重量较轻，挪动方便；竹木制成的壳体更为美观、触感更好。
所述推压组件2设置于壳体内部，所述推压组件与透光部相对设置，所述推压组件、透光部与壳体内壁之间形成的空间为培养室，在某些优选的实施例中，壳体包括壳体本体14与盖体15，推压组件、所述培养室作为容置根系培养体系的培养室。所述推压组件用于将根系培养体系向透光部方向挤压，推压组件均匀地将推压力通过根系培养体系传输到植物根系，使得根系培养体系中的根系在贴合透光部的二维空间中生长。
在根系培养体系优选的实施例一中，所述根系培养体系包括渗透片41，所述渗透片设置于推压组件与透光部之间，将培养室区隔成两个空间，渗透片与推压组件之间的空间为容置基质的基质空间32，渗透片与透光部之间的空间为容置根系生长的生长空间33。渗透片的作用一是将基质空间中的基质与根系生长的生长空间区隔开，防止根部往基质中生长，在采集图像时，根部没有其他杂质，采集的图像更为清晰整齐，有益于提高最终检测结果的准确性。渗透片的作用二是将基质空间中基质的养分与水输送到生长空间中。
在某些更为优选的实施例中，渗透片的颜色与待检测植物根系的颜色差别较大，在利用图像传感器进行图像采集时，根系与渗透片的颜色对比度更大，图像中的根系边界更为清晰，有助于根系生长状况的分析。
如图4所示，在根系培养体系优选的实施例二中，所述根系培养体系包括渗透片，所述渗透片设置于推压组件与透光部之间，渗透片与推压组件之间的空间为容置基质的基质空间，渗透片与透光部之间的空间为容置根系生长的生长空间。所述根系培养体系包括基质42，所述基质设置于基质空间中，所述基质为能透液、可形变的基质，所述基质具备根系生长所需的水肥条件。基质可以是富含植物生长所需的营养和水分的水晶泥、海绵、棉花、布帛、纸张、腐叶土、园土、河沙、砂质土、山泥、砻糠灰、塘泥或者是人工制成的液态培养基，当基质为液态培养基时，渗透片与推压组件之间形成的基质空间要具备密封性，在推压组件推压液态基质时，液态基质不会从基质空间中溢出。基质能够通过渗透片向容置根系生长的生长空间中透液，向容置根系生长的生长空间中输送植物生长所需的养分和水分。基质为可变形的基质，根系在容置根系生长的生长空间中生长时，根系会往基质空间的方向生长，在推压组件将基质往透光部方向压紧时，可变形的基质能够满足根系在朝向基质空间方向生长过程中，基质能够发生形变为根系生长提供空间。
在某些优选的实施例中，所述渗透片的材质是生物膜、半透膜、海绵、滤纸、布帛、海绵或者泡棉。以上材质制成的渗透片能够有效协助基质中的水分与养料进入根系的生长空间，且根系被渗透片隔开，防止根系长入基质中，导致根系图像采集不齐全的问题。
如图5所示，在根系培养体系优选的实施例三中，所述根系培养体系包括基材43，所述基材具备能够阻止根系长入的强度，且基材具备根系生长所需的水肥条件，所述基材设置于培养室中，所述基材朝向壳体的一面与壳体内壁之间形成的空间为容置根系生长的生长空间。具备一定强度的基材既能够为植物生长提供所需的养料与水分，又能够防止植物根系索取营养的过程中不断往基材中生长，保证了根系图像的完整性。
在某些优选的实施例中，所述基材为海绵，所述海绵中储蓄有植物生长所需的养料与水分。推压组件挤压海绵从而压紧植物根系，使其贴壁生长，而推压组件挤压海绵的同时还能够将海绵中的养料与水分顺带输送给根系，实现养分供给。
如图6所示，在某些更为优选的实施例中，所述根系生长观察装置还包括滴灌5，所述滴灌用于盛装植物生长所需的养料与水分。基材或者基质中的养料与水分不足的情况下，滴灌向基材及时输送养料与水分，提高了植物根系的培养效率。
如图7所示，在推压组件优选的实施例一中，所述推压组件包括气囊21，所述气囊的外壁、透光部与壳体内壁之间形成的空间为培养室。气囊是指一种在柔性的胶囊中充入压缩空气或水介质；利用空气的可压缩性和水的流动性来实现弹性作用，气囊设置有充气泵或者水泵，由充气泵向气囊中充入气体或者通过水泵向气囊中充入水介质。在气囊的外壁、透光部与壳体内壁之间形成的培养室中放入根系培养体系，充气泵或者水泵对气囊中均匀充入空气或者水，气囊均匀地将根系培养体系向透光部的方向挤压。
在推压组件优选的实施例二中，所述推压组件包括推板22与动力机构23，所述推板与透光部相对设置，所述推板、透光部与壳体内壁之间形成的空间为培养室，所述动力机构的动力输出端与推板传动连接。在某些优选的实施例中，推板与透光部是平行设置，其有益效果在于，能够将动力机构中的动力均匀地将根系培养体系向透光部的方向挤压。
在这个实施例中，结合下列两种具体的根系生长观察装置结构来进行说明：
第一种，如图8所示，所述壳体包括区隔件13，所述壳体的形状为长方体，所述透光部设置于壳体的各个侧壁上，所述区隔件设置于壳体的四个边角处；
所述推板与动力机构的个数均为四个，相对设置的推板和区隔件以及壳体的内壁之间形成的空间为培养室。
区隔件的形状是板材或者四棱柱，板材形的区隔件两端与壳体的边角两侧相固定，四棱柱形状的区隔件是直接将区隔件的直角靠入壳体的边角处，推板与透光部相对设置，在这个结构中的体现形式是推板与壳体内壁一一对应设置，推板的两侧分别延伸至角柱的区隔件处，推板与区隔件留有很供推板向透光部方向移动的间隙。四个动力机构分别对应四个推板，在植物根系培养的过程中，可以同时在四个培养室中培养四株植物，培养更为高效。
第二种，如图9所示，所述壳体的形状为长方体，所述透光部设置于壳体的相对的两个侧壁上；
所述推板与动力机构的个数均为两个，相对设置的推板以及壳体的内壁之间形成的空间为培养室。
两块推板背对设置，自然将壳体内的空间分隔为两个培养室，两个动力装置相反方向推动推板，实现两个根系培养体系的压紧。
在某些优选的实施例中，所述动力机构是气缸、液压缸、电缸、推杆电机、伺服电机或者气囊。动力机构输出均匀平缓的推力。
第三种，如图10所示，所述壳体的形状为圆柱形，壳体的整体均为透光材质制成的透光部；
所述推板的形状是弧形的板材结构，所述推板与动力机构的个数均为四个，相对设置的推板以及壳体的内壁之间形成的空间为培养室。
如图11所示，在推压组件优选的实施例三中，该根系生长观察装置还包括拉紧装置25，所述拉紧装置的一端与推压组件相连接，拉紧装置的另一端与壳体相连接，所述壳体朝向推压组件的方向进行往返运动。拉紧装置实现的方式是推压组件固定不动，通过拉紧装置的拉紧力来将壳体拉向推压组件，从而实现根系培养体系的压紧。
具体地，所述拉紧装置为拉簧、橡皮、螺栓螺母、螺杆螺母或者齿轮齿条。齿轮齿条的具体实现方式是在壳体与推压组件上分别固定齿轮与齿条，通过外力的作用，将壳体推向推压组件的方向，齿轮在齿条上转动行走，完成根系培养体系的压紧。
如图12所示，在推压组件优选的实施例四中，所述推压组件包括可调连接件26与推板，所述可调连接件包括螺栓螺母、螺杆螺母或者锁定螺钉，所述推板上开设有第一连接孔，所述壳体对应透光部的位置上开设有第二连接孔，所述可调连接件通过第一连接件以及第二连接件连接推板与壳体。当可调连接件为螺栓螺母或者螺杆螺母，第一连接孔以及第二连接孔为光孔，当可调连接件为锁定螺钉时，第一连接孔以及第二连接孔为螺纹孔，第一连接孔与第二连接孔的内螺纹与锁定螺钉的外螺纹相适配。
如图16所示，在推压组件优选的实施例五中，所述推压组件包括动力机构23、压块27以及挤压件28，所述动力机构与压块传动连接，所述挤压件设置挤压口，所述挤压口内壁设置有内螺纹，压块的外壁设置有与其相适配的外螺纹，所述压块通过挤压件将根系培养体系向透光部方向挤压。动力结构启动后，带动压块往挤压件的方向挤压，挤压件挤压根系培养体系使得根系贴合透光部的内壁生长。
所述动力机构是气缸、液压缸、电缸、推杆电机、伺服电机或者气囊。当动力机构为气缸或者气囊时，动力机构的轴向动力通过轴承传输至压块。
在某些优选的实施例中，所述推板的形状与透光部的形状相适配。其有益效果在于：推板将根系培养体系向透光部方向挤压，推板各处对透光部所施加的挤压力均匀地作用于根系培养体系上，使得植物的各处根系生长空间大小相同。
在某些优选的实施例中，所述壳体的形状为三棱柱、长条柱形、六棱柱、八棱柱、圆台或者球形。
在某些优选的实施例中，该根系生长观察装置还包括温度传感器、湿度传感器、压力传感器、加热器与控制器，所述温度传感器、湿度传感器以及加热器均设置于壳体内部，所述压力传感器设置于基材或者基质上，所述温度传感器、湿度传感器、压力传感器以及加热器分别与控制器相连接。在本实施例中，所述控制器是型号为AT89C51的单片机，温度传感器用于控制壳体内的温度，控制壳体内的温度为植物根系生长的最适温度，湿度传感器用于控制壳体内的湿度，控制壳体内的湿度为植物根系生长的最适湿度，压力传感器用于控制推压组件的推压行程或者推压力度，加热器用于提升根系培养体系的温度至最适温度，单片机中有以上控制方式的所有程序。
如图13所示，在某些优选的实施例中，壳体本体14与盖体15，所述盖体盖设在壳体本体的上端开口处，盖体的顶面设置有容置温度传感器、湿度传感器、压力传感器、加热器或控制器的凹槽16。
如图15所示，本实用新型提供一种根系生长观察装置图像采集系统，包括两个以上的根系生长观察装置01、图像获取装置7、输送流水线8以及电脑9，所述根系生长观察装置放置于输送流水线上，输送流水线的形状是圆形或者矩形等几何形状，所述图像获取装置与电脑相连接，所述图像获取装置相对于根系生长观察装置设置，用于获取根系生长观察装置中的植物根系图像，图像获取装置是CCD或者CMOS等图像传感器。所述电脑控制图像获取装置实时获取图像并将图像数据化记录；
所述根系生长观察装置包括壳体与推压组件，所述推压组件设置于壳体内部，所述壳体上设置有透光部，所述推压组件与透光部相对设置，所述推压组件、透光部与壳体内壁之间形成的空间为培养室，所述培养室作为容置根系培养体系的空间，所述推压组件用于将根系培养体系向透光部方向挤压。
在某些优选的实施例中，输送流水线上设置有升降台，所述升降台设置于图像采集系统的前方，所述升降台的作用是将根系生长观察装置抬高，并旋转根系生长观察装置，使得根系生长观察装置各表面均能够采集到根系的长度、直径、面积、体积、根尖记数等信息。
需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本实用新型的专利保护范围。因此，基于本实用新型的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本实用新型的专利保护范围之内。