田间小麦图像采集设备

1.本实用新型涉及一种田间小麦图像采集设备。


背景技术：

2.小麦的主要表型参数有叶数、叶倾角、叶面积、株高、分蘖数、穗长、穗粒等。小麦的表型与农作物的生长状况和产量息息相关，所以在培育高产新型小麦品种时，小麦的表型是一项十分重要的研究内容。
3.目前，针对田间小麦表型的获取装置大致可分为三类。一是采用无人机或是基于遥感技术对大片田间作物进行采集，虽然效率较高，但无法获取小麦的结构及生长特性的信息；二是采用轨道式采集装置，需在采集区域上方安装轨道，针对一片区域进行采集，局限性较高且造价昂贵；三是使用田间自走设备，但目前面向田间的自走式设备体型较小，无法采集较高的小麦，而大型的设备需要借助人力，自动化程度较低。
4.授权公告号为cn209656661u、授权公告日为2019年11月19日的实用新型专利文件中公开了一种田间小麦高通量表型信息获取装置。该装置通过电机控制车轮在小麦行间的空白地中行走，通过朝下的红外测距传感器对每行小麦的株高进行检测，采用数字相机和高光谱仪以分别获得小麦植株的图像和和光谱信息，以对小麦穗数和小麦的感病程度进行检测，可实现对较高小麦植株图像的采集，但是由于采集小麦植株图像的数字相机的镜头朝下设置，只能够采集到小麦植株的俯视图像信息，而从俯视图像中只能获得小麦植株分蘖数、叶面积等有限的表型参数，不能够获取小麦叶数、叶倾角、穗长、穗型参数信息。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种田间小麦图像采集设备，以解决现有技术中小麦图像采集设备所能获取的小麦表型参数有限的技术问题。
6.本实用新型的田间小麦图像采集设备采用如下技术方案：
7.田间小麦图像采集设备，包括：
8.支撑架，用于支撑在地面上；
9.行走装置，可带动支撑架移动；
10.图像采集装置，设置在支撑架上，包括相机，相机用于与所成像小麦植株在左右方向上相对布置，以采集所成像小麦的侧部图像；
11.控制系统，固定在支撑架上，包括行走控制单元和图像采集控制单元，行走控制单元控制行走装置启停，图像采集控制单元控制相机对小麦植株图像的采集。
12.本实用新型的有益效果是：本实用新型的田间小麦图像采集设备中，通过行走控制单元控制行走装置的启停，从而控制支撑架在麦田中行走，通过图像采集装置中的相机采集小麦植株图像，在采集小麦植株图像的过程中，由于相机与所成像小麦植株在左右方向上相对布置，可实现对所成像小麦侧部图像的采集，从而通过采集到的图像获取到较多的小麦表型参数信息。
13.进一步地，相机相对支撑架的位置可调，图像采集装置包括固定在支撑架上的滑轨和设置在滑轨上的滑台，滑台与滑轨导向滑动配合，相机安装在滑台上，可通过滑台在滑轨上的导向滑动调节相机的位置。
14.其有益效果是：上述图像采集装置的结构可满足相机相对支撑架的位置可调，从而便于在一定成像区域范围内选取适合成像的合适植株，并且还可通过相机在支撑架上位置的调节适应不同高度或不同行距的小麦植株，使所采集的小麦植株位于相机的成像范围内。
15.进一步地，滑轨包括水平滑轨和竖直滑轨，滑台与竖直滑轨导向配合，竖直滑轨可沿水平滑轨导向移动；或者滑台与水平滑轨导向配合，水平滑轨可沿竖直滑轨导向移动。
16.其有益效果是：上述图像采集装置的结构可方便相机在上下方向上的位置和水平方向上的位置的分别调节。
17.进一步地，滑台上固定有旋转电机，相机与旋转电机的输出轴传动连接，通过控制系统对旋转电机的控制可调节相机镜头的朝向角度。
18.其有益效果是：上述结构设置满足相机镜头朝向在上下方向上的角度调节，适应不同高度的成像植株，以使所采集的小麦植株全部位于相机的成像范围内。
19.进一步地，田间小麦图像采集设备还包括照明装置，照明装置位于图像采集装置的上方，且固定在支撑架上，为图像采集装置提供光源。
20.其有益效果是：上述照明装置的设置可使田间小麦图像采集设备在光线不足或夜间环境中使用，以提高成像的清晰度。
21.进一步地，行走装置包括轮子，轮子配置有驱动电机，轮子在驱动电机的作用下带动支撑架向前移动，支撑架包括至少三根支撑杆和固定在支撑杆上的支撑平台，轮子通过轮子支架转动装配在支撑杆下方，驱动电机固定在支撑平台上，驱动电机与轮子一一对应，且驱动电机通过链轮和链条与对应轮子传动连接。
22.其有益效果是：上述结构中将驱动电机设置在支撑平台上，便于通过控制装置控制驱动电机的启停，而且驱动电机通过链轮和链条将动力传递给轮子，可提高轮子运转过程中的平稳性，避免地面不平颠簸而损坏电机，并且驱动电机与轮子一一对应，可增加驱动电机的数量，从而增加整个田间小麦图像采集设备的重量，有助于设备在田间行走过程中的稳定性。
23.进一步地，各轮子支架与对应支撑杆插装配合，在轮子支架与支撑杆之间设置有减振弹簧。
24.其有益效果是：减振弹簧的设置可有效减少地面不平而导致田间小麦图像采集设备的颠簸程度，有助于确保田间小麦图像采集设备稳定可靠的工作。
25.进一步地，支撑杆上固定有限位板，减振弹簧导向装配在限位板与轮子支架之间，对应各支撑杆的减振弹簧设置有至少两个，各减振弹簧在对应支撑杆的周向上间隔布置。
26.其有益效果是：上述结构设置可减小田间小麦图像采集设备在颠簸过程中的倾斜程度，确保设备行走过程中的整体一致性。
附图说明
27.图1是本实用新型田间小麦图像采集设备在具体实施例1中的结构主视图；
28.图2是本实用新型田间小麦图像采集设备在具体实施例1中的立体图；
29.图3是本实用新型田间小麦图像采集设备的具体实施例1中图像采集装置和背景板的结构示意图；
30.图4是本实用新型田间小麦图像采集设备的具体实施例1中支撑杆、减振弹簧和轮子支架的装配结构主视图；
31.图5是本实用新型田间小麦图像采集设备的具体实施例1中支撑杆、减振弹簧和轮子支架的装配结构立体图；
32.附图标记说明：
33.1、无影灯；2、丝杠电机；3、相机固定架；4、相机夹具；5、相机；6、背景板；7、链轮；8、减振弹簧；9、链条；10、支撑杆；11、电脑；12、l形灯架；13、轮子；14、电源箱；15、驱动电机；16、带轮电机；17、左皮带轮；18、t形固定块；19、固定杆；20、旋转电机；21、滑台；22、竖直滑轨；23、右皮带轮；24、滑块；25、水平导轨；26、皮带；27、轮子支架；28、轮架支撑板；29、套筒；30、限位板；31、支撑平台；32、t形件；33、限位螺母；34、水平滑轨。
具体实施方式
34.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型，即所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
35.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
36.需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
37.以下结合实施例对本实用新型的特征和性能作进一步的详细描述。
38.本实用新型的田间小麦图像采集设备的具体实施例1：
39.田间小麦图像采集设备包括支撑架和固定在支撑架上的行走装置以及图像采集装置。如图1和图2所示，支撑架包括四根在上下方向上延伸布置支撑杆10，四根支撑杆10围成一个矩形，且四根支撑杆10位于矩形四个顶点位置处，在支撑杆10上方设置有支撑平台31，
40.本实施例中，行走装置包括设置在支撑架下方的轮子13，轮子13配置有驱动电机15，轮子13可在驱动电机15的作用下带动支撑架前后移动。结合图1、图2和图4、图5所示，轮
子13通过轮子支架27转动装配在支撑杆10下方，具体的，轮子支架27包括轮架支撑板28和位于轮架支撑板28两侧且朝下延伸的两支撑侧板，两个支撑侧板上均设置有通孔，轮子13通过轴承转动装配在两个支撑侧板的通孔中，以实现轮子13与支撑架的转动转配。
41.本实施例中，如图1、图2和图4所示，轮架支撑板28上方还设置有套筒29，套筒29与轮架支撑板28焊接成一体结构，支撑杆10为圆杆，支撑杆10下端与套筒29插装配合，支撑杆10上靠近其下端位置处设置有限位板30，限位板30与轮架支撑板28平行且间隔布置，在限位板30与轮架支撑板28之间导向装配有减振弹簧8。具体的，在限位板30上设置有两个穿孔，两个穿孔分别位于支撑杆10两侧，且关于支撑杆轴线呈对称布置，轮架支撑板28上装配t形件32，t形件32的水平部分通过螺钉与轮架支撑板28连接，t形件32的竖直部分与轮架支撑板28上的穿孔同轴布置，t形件32竖直部分的尾部为外螺纹段，该外螺纹段穿过穿孔并与限位螺母33锁紧配合，减振弹簧8套装在t形件32的竖直部分上，且被压装在轮架支撑板28与限位板30之间，在轮子13经过高低不平地面时，减振弹簧8可起缓冲作用，以减少由于地面不平而导致田间小麦图像采集设备的颠簸和振动，而且两个减振弹簧8位于支撑杆10两侧的布置形式可减小田间小麦图像采集设备在颠簸过程中的倾斜程度，确保田间小麦图像采集设备在颠簸过程中的整体一致性。
42.本实施例中，如图1和图2所示，驱动电机15设置在支撑平台31上，驱动电机15设置有四个，且在上下方向上对各支撑杆10设置，各驱动电机15的输出轴上均连接有上部链轮7，相应的各轮子13在左右方向上的外侧均连接有下部链轮7，在上下方向上对应的上部链轮7与下部链轮7之间通过链条9连接，以通过链传动实现相应驱动电机15与轮子13之间的动力传递，四个驱动电机15的设置可增加田间小麦图像采集设备的重量，可提高田间小麦图像采集设备在田间行走过程中的稳定性。
43.本实施例中，如图1至3所示，田间小麦图像采集设备还包括图像采集装置，图像采集装置位于支撑架的前侧，图像采集装置包括相机5，相机5通过相机固定架3安装在支撑架上，相机位于所采集小麦植株的侧部，与所成像小麦植株在左右方向上相对布置，以用于采集小麦植株的侧部图像信息，相机5的镜头朝向水平方向，且相机镜头的朝向角度可调。具体的，相机固定架3位于支撑平台31的前侧，相机固定架3为l形支架，l形支架的水平部分固定在支撑平台31上，l形支架的竖直部分位于l形支架水平部分的前侧，l形支架的竖直部分与支撑平台31之间设置有倾斜布置的加强筋，以增加相机固定架3的强度。
44.本实施例中，如图1和图3所示，图像采集装置包括固定在相机固定架3上的滑轨和设置在滑轨上的滑台21，滑轨包括水平滑轨34和竖直滑轨22，水平滑轨34固定在相机固定架3前侧面的上部，竖直滑轨22的后侧固定有滑块24，水平滑轨34上设置有左皮带轮17和右皮带轮23，两个皮带轮通过皮带26连接，水平滑轨34上于皮带26下侧还设置有水平导轨25，滑块24固定在靠近水平导轨侧的皮带26上，水平滑轨34后部固定有带轮电机16，在带轮电机16的驱动作用下可带动滑块24在水平导轨25的导向作用下左右移动，从而实现竖直滑轨22在左右方向上位置的移动。
45.其他实施例中，还可以是竖直滑轨固定在相机固定架的前侧面上，水平滑轨的后侧固定有滑块，水平滑轨可通过滑块在竖直滑轨中上下移动，滑台设置在设置在水平滑轨上，相机可通过滑台在水平滑轨中导向移动。
46.本实施例中，如图3所示，竖直滑轨22上设有滑台21，滑台21通过丝杠螺母机构在
竖直滑轨22中导向移动，竖直滑轨22的上端固定有丝杠电机2，在丝杠电机2的带动下可实现滑台21沿丝杠在竖直滑轨22中的上下移动。相机5安装在滑台21上，通过滑台21在竖直滑轨22中的上下移动实现相机5在上下方向上位置的移动。通过上述水平滑轨34和竖直滑轨22的设置可实现相机5在左右方向上和上下方向上位置的调节，从而满足相机5相对支撑架的位置调节，便于在一定成像区域范围内选取适合成像的合适植株，并且还可实现相机对不同高度和不同距离小麦植株图像的采集，使田间小麦图像采集设备对不同行距、不同生长期小麦均具有较高的适应性。
47.本实施例中，如图1和图3所示，滑台21上固定有旋转电机20，旋转电机20的输出轴朝前延伸，且旋转电机20的输出轴上固定有夹持相机5的相机夹具4，驱动旋转电机20，可实现相机镜头朝向在上下方向上角度的调节，以适应不同高度的成像植株，满足所采集的小麦植株图像全部位于相机的成像范围内，且满足田间小麦图像采集设备对同一生长期不同高度小麦植株的图像采集。
48.本实施例中，如图1和图3所示，田间小麦图像采集设备还包括安装在相机固定架3上的背景板6，背景板6在前后方向上延伸，且与相机镜头在左右方向上相对布置，用于在相机5采集小麦植株图像时分隔背景，从而减少其他行小麦对当前行成像小麦的干扰。具体的，在相机固定架3前侧的下部设置有固定杆19，固定杆19上设置有t形槽，t形槽的槽口朝上，t形槽形成在左右方向上延伸布置的导向槽，t形槽内设置有t形固定块18，t形固定块18的竖直部分伸出t形槽，且与背景板6固定连接，t形固定块18形成与导向槽导向配合的导向块，通过调节t形固定块18在t形槽中的位置可实现背景板6在左右方向上位置的调节，以满足田间小麦图像采集设备对不同行距麦田中小麦植株图像信息的采集。
49.本实施例中，如图1和图2所示，田间小麦图像采集设备还包括控制系统，控制系统固定在支撑架上，在支撑平台上方通过左右两竖直侧板连接有上台面，上台面与支撑平台31之间形成放置驱动电机15的存放空间，在该空间内还放置有电源箱14，以通过电源箱14为田间小麦图像采集设备中的控制系统和电机供电。控制系统包括行走控制单元和图像采集控制单元，行走控制单元控制驱动电机15启停，从而控制田间小麦图像采集设备在田间的行走，图像采集控制单元控制相机5在行走装置停歇间隙对小麦植株图像进行采集，并将采集到的图像信息上传至放置在上台面上的电脑11中，以便于后续对图像的处理。本实施例中，控制系统还包括相机位置调节单元，相机位置调节单元可在行走装置停歇间隙通过控制带轮电机16、丝杠电机2和旋转电机20的启停，实现相机5在左右方向、上下方向上位置的改变以及相机镜头在上下方向上角度的调节，从而通过相机镜头捕捉适合成像的小麦植株，并使适合成像的小麦植株全部位于相机5的成像范围内。
50.本实施例中的相机5由一个红外线发射器和两个cmos相机组成，在田间小麦图像采集设备的行走装置停止间歇，红外线发射器与相机位置调节单元相配合，以在一定成像区域范围内选取适合成像的合适植株，并通过cmos相机完成对该植株侧部图像的采集工作。
51.如图1和图2所示，在相机5和背景板6的上方设置照明装置，照明装置在水平方向上位于相机5和背景板6之间，该照明装置为无影灯1，无影灯1通过l形灯架12固定在上台面上，l形灯架12的水平部分向前延伸，以使无影灯1与相机5和背景板6位置在前后方向上对应布置，照明装置可在相机5采集小麦植株图像时提供光源，并根据外界环境情况调节光的
强度和频率大小，满足田间小麦图像采集设备在夜间或昏暗环境下对小麦植株图像的采集工作，以提高成像的清晰度。
52.本实施例中的田间小麦图像采集设备在使用的过程中，轮子13位于小麦行间的空地上，使轮子13的走向与每行小麦的走向相同，根据小麦行距大小调节背景板6在水平方向上的位置，根据小麦生长期和小麦平均高度通过相机位置调节单元粗略的调节相机5在上下方向上的位置、左右方向上的位置和相机镜头在上下方向上的角度。在电脑11中输入需设备行走及间歇的时间参数，通过行走控制单元启动驱动电机15，使设备开始工作，在设备停止间隙时，控制系统通过相机位置调节单元和红外线发射器相配合对相机位置进行精确调节，以在小麦植株的一定区域范围内，使相机镜头自动选取适合成像的植株，并使植株全部位于相机5的成像范围内，通过图像采集控制单元控制相机5对小麦植株的侧部图像进行自动采集，并将采集后的图像上传至电脑11，在该过程中，工作人员可在电脑11上对成像的小麦植株图像进行实时查看，若植株的成像效果不理想，工作人员可对电脑11进行操作，以手动使相机5重新对准该范围内适合成像的植株，并重新采集适合成像植株的图像，采集后的图片实时保存在电脑11中，以便于后续通过小麦植株的图像信息获取小麦表型参数。
53.需要说明的是，本实施例中，支撑平台31的高度高于小麦植株的高度，以使支撑平台位于所成像小麦植株的上方，避免支撑平台31在设备行走的过程中碾压小麦植株，相机5的高度高于小麦植株的高度，以使相机5在所成像小麦植株的侧上方对成像小麦植株的侧部图像进行采集。
54.本实施例的田间小麦图像采集设备中，由于相机与所成像小麦植株在左右方向上相对布置，以使相机能够采集到小麦植株的侧部图像，以便于通过采集到的图像信息获取到较多的小麦表型参数信息，提高图像采集工作效率，并且通过本实施例中的田间小麦图像采集设备，可实现全天候田间小麦图像采集设备对田间小麦植株图像的采集，为小麦表型参数提取提供大量高质量的原始图像。
55.本实用新型田间小麦图像采集设备的具体实施例2：
56.其与具体实施例1的区别在于：对于同一生长期、同一高度和同一行距的田间小麦植株图像的采集，田间小麦图像采集设备的控制系统中可不设置相机位置调节单元，相应的相机相对相机固定架的位置不可调节，相机直接固定在相机固定架上。
57.其他实施例中，田间小麦图像采集设备的控制系统中设置相机位置调节装置，图像采集装置中仅设置竖直滑轨，不设置水平滑轨，竖直滑轨直接固定在相机固定架上，仅可调节相机在上下方向上的位置；或者其他实施例中，仅设置水平滑轨，不设置竖直滑轨，相机通过滑块导向装配在水平滑轨中，即可调节相机在水平方向上的位置；或者其他实施例中，既不设置水平滑轨也不设置竖直滑轨，相机仅通过旋转电机固定在相机固定架上，仅通过红外线发射器与相机位置调节单元相配合，调节相机镜头的角度，以使适合成像的植株全部位于相机的成像范围内。
58.本实用新型田间小麦图像采集设备的具体实施例3：
59.其与具体实施例1的区别在于：田间小麦图像采集设备中不设置照明装置，设备仅在白天光线充足的条件下工作。
60.本实用新型田间小麦图像采集设备的具体实施例4：
61.其与具体实施例1的区别在于：本实施例中，背景板直接固定在相机固定架上，背
景板在左右方向上的位置不可调，以通过调节设备轮子的位置满足设备对不同行距小麦植株图像的采集。
62.本实用新型田间小麦图像采集设备的具体实施例5：
63.其与具体实施例1的区别在于：本实施例的田间小麦图像采集设备中不设置背景板，仅使相机与所成像小麦在左右方向上相对布置，以对所成像的小麦植株的侧部图像进行采集。
64.本实用新型田间小麦图像采集设备的具体实施例6：
65.其与具体实施例1的区别在于：支撑架中支撑杆的数量设置三根，相应的与支撑杆一一对应设置的轮子与驱动电机也分别设置三个，支撑架前进过程中，其中两根支撑杆在前后方向上对齐，且位于后侧支撑杆的前侧。
66.本实用新型田间小麦图像采集设备的具体实施例7：
67.其与具体实施例1的区别在于：对应各支撑杆的减振弹簧仅设置一个，且减振弹簧设置在轮子支架的套筒中，其一端与轮架支撑板顶压配合，另一端与支撑杆的下端面顶压配合，以通过减振弹簧实现缓冲减振的效果。
68.其他实施例中，在减振弹簧的数量可设置四个，四个减振弹簧绕支撑杆轴线均匀布置，或者其他实施例中，减振弹簧的数量还可设置三个、五个或者六个以上，其均绕支撑杆轴线均匀布置。
69.其他实施例中，行走装置中还可以不设置减振弹簧，在限位板与轮架支撑板之间设置橡胶套，以利用橡胶的弹性缓冲颠簸过程中的振动。
70.以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，本实用新型的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本实用新型的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本实用新型的保护范围内。