CN108050929B - 一种测量植物根系空间分布的方法和系统 - Google Patents

一种测量植物根系空间分布的方法和系统 Download PDF

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CN108050929B CN201711138118.0A CN201711138118A CN108050929B CN 108050929 B CN108050929 B CN 108050929B CN 201711138118 A CN201711138118 A CN 201711138118A CN 108050929 B CN108050929 B CN 108050929B
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Abstract

本发明涉及植物根系空间分布技术领域，更具体地，涉及一种测量植物根系空间分布的方法和测量系统，对原始根系视频资料进行图像分割，利用投票原理确定原植物根系骨架点所属的空间范围；利用投票原理在图像中检测根系点，并利用椭圆方程计算椭圆中心纵坐标；利用椭圆中心纵坐标值确定原始根系在生长介质的不同水平层的位置，根据椭圆长半轴方向端点坐标，所处的方向确定根系在生长介质的不同水平区域方向的位置。本发明根据得到原始根系的比例数据，利用该比例数据可量化植物根系形态、构型的三维参数和进行原位及动态观察，为根系生物学、植物营养学、植物生理学及植物生长计算机仿真等学科领域的科学研究提供便利。

Description

一种测量植物根系空间分布的方法和系统
技术领域
本发明涉及植物根系空间分布技术领域，更具体地，涉及一种测量植物根系空间分布的方法和系统。
背景技术
农作物产量受光照、水分、土壤营养、品种等因素的影响，在一定的光照环境和土壤条件下，如何选择最佳品种以及如何最优种植是农学家研究的重要方向。作物根系特征是决定作物品种优劣的主要因素，研究表明：同类作物的不同品种的根(毛根除外)的总长基本是相等的，但它们在空间的分布比例确是差距甚大的，因此测量植物根长空间分布比例(即根系拓扑结构)的作用就是量化植物品种的优劣因素。
为了培育适合不同土壤结构的最优品种(单产量最高)，在精确测定磷肥在不同土壤层的分布状况后，根据根构型的非对称性分布差异和不同土壤层磷吸收率之间的数量关系，计算适合该种土壤结构的最优非对称分布的根构型，从而获得最佳的经济效益。又如，对于未来的现代化农作物耕作，为了在土地面积有限的情况获得最大的经济效益，需要进行合理的间种套种。这就需要对不同作物或不同品种的非对称分布进行合理的搭配和交叉种植，以便高效地吸收各处的磷养分。此外，还有一个问题就是磷肥挥发流失较快，磷肥的流失不仅是对价格日趋飞涨的磷肥资源的浪费而且是磷肥流失到河、湖及海里，除助长大量有害植物外，其磷毒还直接造成对水中生物特别是对动物的伤害，为了发挥最好的肥效需要在施肥过程考虑放在植物旁边的什么方向和什么深度位置，才能保持肥料在根系分布率最高的区域，使得植物吸收方便，这是科学施肥的新方法问题。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种测量植物根系空间分布的方法和系统，得到原始根系的比例数据，利用该比例数据可量化植物根系形态、构型的三维参数和进行原位及动态观察，为根系生物学、植物营养学、植物生理学及植物生长计算机仿真等学科领域的科学研究提供便利。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种测量植物根系空间分布的方法，其中，包括有以下步骤：
S1：获取原始根系多视角视频资料，并对视频资料进行图像分割，利用投票原理确定原植物根系骨架点所属的空间范围；
S2：步骤S1完成后，取定投票阈值，利用投票原理分别在每一副骨架图像中检测根系点，若同一椭圆上的根系点数超过阈值，则保留此椭圆参数方程并利用椭圆方程计算椭圆中心纵坐标；
S3：步骤S2完成后，利用椭圆中心纵坐标值确定原始根系在生长介质的不同水平层的位置，根据椭圆参数方程确定椭圆长半轴方向端点坐标，并利用端点坐标所处的方向确定根系在生长介质的不同水平区域方向的位置。
在步骤S2中，包括有以下步骤：
S21：从每一个α角度的根系骨架图像中，确定投影轨迹的短轴顶点，定位出上/下半平面分布在α角度上的短轴上/下顶点坐标；
S22：从
Figure GDA0002384569990000021
和
Figure GDA0002384569990000022
角度上的根系骨架图像中的骨架点坐标中定位投影轨迹的短轴顶点分布在α角度上，并且长轴顶点分布在
Figure GDA0002384569990000023
和
Figure GDA0002384569990000024
上的长轴顶点坐标，并由此确定方程
Figure GDA0002384569990000025
的参数a，b，y0；
S23：从α+π角度上的根系骨架图像中的上/下半平面骨架点坐标中，定位短轴下/上顶点分布在α+π上，并且短轴上/下顶点分布在α角度上，及长轴顶点分布在
Figure GDA0002384569990000026
和
Figure GDA0002384569990000027
上的短轴下/上顶点坐标，并由此给方程
Figure GDA0002384569990000028
的参数a，b，y0投4票；
S24：从其它α+β(β＜2π-α)方位角度上的根系骨架图像中的上/下半平面骨架点坐标中，定位轨迹点分布在α+β角度上，短轴顶点分布在α和α+π上，并且短轴上/下顶点分布在α角度上，长轴顶点分布在
Figure GDA0002384569990000031
和
Figure GDA0002384569990000032
上的的轨迹点坐标，并由此给方程
Figure GDA0002384569990000033
的参数α，b，y0投1票。
在步骤S2中，还包括有以下步骤：
S25：从a角度骨架图中取出所有纵中轴线的骨架点坐标(0，yi)，包括有当i＝0，1，2，...，n-1，yi＞0时；当i＝n，yi＝0时；当i＝n+1，n+2，n+m-1；yi＜0时；
S26：对于每一点yi＞0，从
Figure GDA0002384569990000034
角度骨架图中取出所有左上半平面的所有骨架点的坐标
Figure GDA00023845699900000313
再从
Figure GDA0002384569990000035
角度骨架图中找出与其有纵中心轴对称的骨架点坐标
Figure GDA0002384569990000036
即
Figure GDA0002384569990000037
如果没有对称点，则视为无效骨架点参数；对于有对称点的取
Figure GDA0002384569990000038
以参数对{a，y0，b}作成原像投影轨迹的方程组参数，进行投票选择有效轨迹参数{a，b，y0，α}；
S27：对于每一点yi＜0，在
Figure GDA0002384569990000039
左下半平面上取
Figure GDA00023845699900000310
以参数对{a，y0，b}作成原像投影轨迹的力程组参数，进行投票选择有效轨迹参数{a，b，y0，α}；对于i＝n，yi＝0，在
Figure GDA00023845699900000311
平面的X轴上取
Figure GDA00023845699900000312
y0＝0，b＝0；以参数对{a，y0，b}作成原像投影轨迹的方程组参数，进行投票选择有效轨迹参数{a，b，y0，α}；
S28：对于每一点yi＞0，从α+π角度骨架图中取出所有左上半平面的所有骨架点的坐标{(0，2y0-yi)}，若{(0，2y0-yi)}不在α+π骨架图像上，则视为参数对{a，y0，b}无效参数；若{(0，2y0-yi)}在α+π骨架图像上，则视为参数对{ay0，b}有效参数，并参数对{a，b，y0，α}投上4票；
S29：对于每一点yi＜0，从α+π角度骨架图中取出所有左上半平面的所有骨架点的坐标{(0，2y0-yi)}，若{(0，2y0-yi)}不在α+π骨架图像上，则视为参数对{a，y0，b}无效参数。若{(0，2y0-yi)}在α+π骨架图像上，则视为参数对{a，y0，b}有效参数，并参数对{a，b，y0，α}投上4票；
S210：对于每一点yi＝0，从α+π角度骨架图中取出所有左上半平面的所有骨架点的坐标(0，0)，若(0，0)不在α+π骨架图像上，则视为参数对{a，y0，b}
Figure GDA0002384569990000041
无效参数；若(0，0)在α+π骨架图像上，则视为参数对{a，y0，b}有效参数，并参数对{a，b，y0，α}投上4票；
S211：从其它α+β角度骨架图中取出一点(x，y)，式中β＜2π-α；当β＜π时且yi＞0，在左半平面取(x，y)，当β＜π且yi＜0时；在左半平面取(x，y)，若
Figure GDA0002384569990000042
属于上述参数{a，y0，b}的一员，则对该参数对{a，b，y0，α}加上1票；当β＞π时且yi＞0，在右上半平面取(x，y)，当β＞π且yi＜0时，在右下半平面取(x，y)，检测
Figure GDA0002384569990000043
属于上述参数{a，y0，b}的一员，则对该参数对{a，b，y0，α}加上1票；
S212：统计所有{a，b，y0，α}的票数，若票数超过预先给定阈值，则为有效投影轨迹，保留其方程
Figure GDA0002384569990000051
的参数{a，b，y0，α}。
在步骤S3中，包括有以下步骤：
S31：将2π方位均匀分为M方位区域
Figure GDA0002384569990000052
若参数{a，b，y0，α}中的α满足
Figure GDA0002384569990000053
则将参数对{a，b，y0，α}的所有票数加在第i个方位区域层里，即α分布在第i个方位区域层；
S32：将根高2L分为N个水平层区域
Figure GDA0002384569990000054
若参数{a，b，y0，α}中的y0满足
Figure GDA0002384569990000055
则将参数对{a，b，y0，α}的所有票数加在第j个方位区域层里，即y0分布在第j个水平层区域层；若参数{a，b，y0，α}中的y0满足
Figure GDA0002384569990000056
则将参数对{a，b，y0，α}的所有票数加在第j个方位区域层里，即y0分布在第j个水平层区域层；
S33：将圆周2R均匀分为T个夹层区域
Figure GDA0002384569990000057
若参数{a，b，y0，α}中的α满足
Figure GDA0002384569990000058
则将参数对{a，b，y0，α}的所有票数加在第k个圆周夹层区域层里，即α分布在第k个圆周夹层区域层里；
S34：对各个分层空间的原点数进行分别统计点的个数Si，并把所有分层空间的原点数加起来记为S，则比例
Figure GDA0002384569990000059
为该分层的根系长度分布比例。
本发明提供一种测量植物根系空间分布的系统，其中，包括有台架和转台，转台通过驱动装置与台架可动连接，转台上设有若干定位孔，定位孔上连接有安装有采像装置的定位件。
本发明中，转台通过驱动装置相对于台架实现位置变换，在转台上设有定位孔，定位孔上设有定位件，采像装置设置在定位件上。通过定位件与不同定位孔的连接，实现采像装置相对于转台的位置调节，在对原始根系进行拍摄时，能够满足采像装置对位置和距离的要求。
在一个实施方式中，转台设有测量仪，用于记录转台移动时间和距离；驱动装置连接有控制器，通过控制器控制驱动装置实现转台相对于台架的转动和升降。
测量仪在转动过程中，用于记录转台移动时间和距离，记录的数据用于后续的计算过程。驱动装置连接有控制器，转台在驱动装置的作用下能够相对于台架进行转动以及升降调节，进而满足采像装置子采像过程中对位置的要求。
本发明与现有技术相比，对原始根系进行多视角视频拍摄，通过对视频处理获取原始根系图像。通过使用投票原理对植物根系骨架点所属的空间范围进行选举，得出植物根系生长特征，量化植物根系特征。根据根系构型的非对称性分布差异和不同土壤层磷吸收率之间的数量关系，计算适合该种土壤结构的最优非对称分布的根构型，从而获得最佳的经济效益。同时能够通过对植物根系特征的分析来适应性的提高磷肥的吸收率，降低磷污染。
附图说明
图1是本发明在一个实施例中原始根系测量系统示意图。
图2是本发明在一个实施例中对视频资料进行帧分解示意图。
图3是本发明中带水平方向和角度方向的介质空间分布示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。
实施例1：
本发明提供一种测量植物根系空间分布的方法，包括有以下步骤：
S1：获取原始根系多视角视频资料，并对视频资料进行图像分割，利用投票原理确定原植物根系骨架点所属的空间范围；
S2：步骤S1完成后，取定投票阈值，利用投票原理分别在每一副骨架图像中检测根系点，若同一椭圆上的根系点数超过阈值，则保留此椭圆参数方程并利用椭圆方程计算椭圆中心纵坐标；
S3：步骤S2完成后，利用椭圆中心纵坐标值确定原始根系在生长介质的不同水平层的位置，根据椭圆参数方程确定椭圆长半轴方向端点坐标，并利用端点坐标所处的方向确定根系在生长介质的不同水平区域方向的位置。
如图2所示，在步骤S1中，旋转拍摄原始根系的多视角视频，获取多视角视频后对视频资料进行图像分割。图像分割时通过选取的阈值对视频图像进行前景和背景分割，对二值化视频提取根系骨架得到骨架视频。
在步骤S2中，包括有以下步骤：
S21：从每一个α角度的根系骨架图像中，确定投影轨迹的短轴顶点，定位出上/下半平面分布在α角度上的短轴上/下顶点坐标；
S22：从
Figure GDA0002384569990000071
和
Figure GDA0002384569990000072
角度上的根系骨架图像中的骨架点坐标中定位投影轨迹的短轴顶点分布在α角度上，并且长轴顶点分布在
Figure GDA0002384569990000073
和
Figure GDA0002384569990000074
上的长轴顶点坐标，并由此确定方程
Figure GDA0002384569990000075
的参数a，b，y0；
S23：从α+π角度上的根系骨架图像中的上/下半平面骨架点坐标中，定位短轴下/上顶点分布在α+π上，并且短轴上/下顶点分布在α角度上，及长轴顶点分布在
Figure GDA0002384569990000076
和
Figure GDA0002384569990000077
上的短轴下/上顶点坐标，并由此给方程
Figure GDA0002384569990000078
的参数a，b，y0投4票；
S24：从其它α+β(β＜2π-α)方位角度上的根系骨架图像中的上/下半平面骨架点坐标中，定位轨迹点分布在α+β角度上，短轴顶点分布在α和α+π上，并且短轴上/下顶点分布在α角度上，长轴顶点分布在
Figure GDA0002384569990000081
和
Figure GDA0002384569990000082
上的的轨迹点坐标，并由此给方程
Figure GDA0002384569990000083
的参数a，b，y0投1票。
S25：从a角度骨架图中取出所有纵中轴线的骨架点坐标(0，yi)，包括有当i＝0，1，2，...，n-1，yi＞0时；当i＝n，yi＝0时；当i＝n+1，n+2，n+m-1；yi＜0时；
S26：对于每一点yi＞0，从
Figure GDA0002384569990000084
角度骨架图中取出所有左上半平面的所有骨架点的坐标
Figure GDA0002384569990000085
再从
Figure GDA0002384569990000086
角度骨架图中找出与其有纵中心轴对称的骨架点坐标
Figure GDA0002384569990000087
(这里“l”表示“左”，“r”表示“右”)，即
Figure GDA0002384569990000088
如果没有对称点，则视为无效骨架点参数；对于有对称点的取
Figure GDA0002384569990000089
以参数对{a，y0，b}作成原像投影轨迹的方程组参数，进行投票选择有效轨迹参数{a，b，y0，α}；
S27：对于每一点yi＜0，在
Figure GDA00023845699900000810
左下半平面上取
Figure GDA00023845699900000811
以参数对{a，y0，b}作成原像投影轨迹的方程组参数，进行投票选择有效轨迹参数{a，b，y0，α}；对于i＝n，yi＝0，在
Figure GDA00023845699900000812
平面的X轴上取
Figure GDA00023845699900000813
y0＝0，b＝0；以参数对{a，y0，b}作成原像投影轨迹的方程组参数，进行投票选择有效轨迹参数{a，b，y0，α}；
S28：对于每一点yi＞0，从α+π角度骨架图中取出所有左上半平面的所有骨架点的坐标{(0，2y0-yi)}，若{(0，2y0-yi)}不在α+π骨架图像上，则视为参数对{a，y0，b}无效参数；若{(0，2y0-yi)}在α+π骨架图像上，则视为参数对{a，y0，b}有效参数，并参数对{a，b，y0，α}投上4票；
S29：对于每一点yi＜0，从α+π角度骨架图中取出所有左上半平面的所有骨架点的坐标{(0，2y0-yi)}，若{(0，2y0-yi)}不在α+π骨架图像上，则视为参数对{a，y0，b}无效参数。若{(0，2y0-yi)}在α+π骨架图像上，则视为参数对{a，y0，b}有效参数，并参数对{a，b，y0，α}投上4票；
S210：对于每一点yi＝0，从α+π角度骨架图中取出所有左上半平面的所有骨架点的坐标(0，0)，若(0，0)不在α+π骨架图像上，则视为参数对{a，y0，b}
Figure GDA0002384569990000091
无效参数；若(0，0)在α+π骨架图像上，则视为参数对{a，y0，b}有效参数，并参数对{a，b，y0，α}投上4票；
S211：从其它α+β角度(β＜2π-α)骨架图中取出一点(x，y)，当β＜π时且yi＞0，在左半平面取(x，y)，当β＜π且yi＜0时；在左半平面取(x，y)，若
Figure GDA0002384569990000092
属于上述参数{a，y0，b}的一员，则对该参数对{a，b，y0，α}加上1票；当β＞π时且yi＞0，在右上半平面取(x，y)，当β＞π且yi＜0时，在右下半平面取(x，y)，检测
Figure GDA0002384569990000093
属于上述参数{a，y0，b}的一员，则对该参数对{a，b，y0，α}加上1票；
S212：统计所有{a，b，y0，α}的票数，若票数超过预先给定阈值，则为有效投影轨迹，保留其方程
Figure GDA0002384569990000094
的参数{a，b，y0，α}。
在步骤S3中，包括有以下步骤：
S31：将2π方位均匀分为M方位区域
Figure GDA0002384569990000101
若参数{a，b，y0，α}中的α满足
Figure GDA0002384569990000102
则将参数对{a，b，y0，α}的所有票数加在第i个方位区域层里，即α分布在第i个方位区域层；
S32：将根高2L分为N个水平层区域
Figure GDA0002384569990000103
若参数{a，b，y0，α}中的y0满足
Figure GDA0002384569990000104
则将参数对{a，b，y0，α}的所有票数加在第j个方位区域层里，即y0分布在第j个水平层区域层；若参数{a，b，y0，α}中的y0满足
Figure GDA0002384569990000105
则将参数对{a，b，y0，α}的所有票数加在第j个方位区域层里，即y0分布在第j个水平层区域层；
S33：将圆周2R均匀分为T个夹层区域
Figure GDA0002384569990000106
若参数{a，b，y0，α}中的α满足
Figure GDA0002384569990000107
则将参数对{a，b，y0，α}的所有票数加在第k个圆周夹层区域层里，即α分布在第k个圆周夹层区域层里；
S34：对各个分层空间的原点数进行分别统计点的个数Si，并把所有分层空间的原点数加起来记为S，则比例
Figure GDA0002384569990000108
为该分层的根系长度分布比例或根系骨架原点数分布比例。
如图1所示，本发明提供一种测量植物根系空间分布的系统，包括有台架1和转台2，转台2通过驱动装置与台架1可动连接，转台2上设有若干定位孔，定位孔上连接有安装有采像装置的定位件。转台2设有测量仪，用于记录转台2移动时间和距离；驱动装置连接有控制器，通过控制器控制驱动装置实现转台2相对于台架1的转动和升降。
本发明中，驱动装置设为驱动电机，驱动电机设置在台架1上，驱动电机控制转台2相对于台架1进行转动。同时驱动装置设有驱动电机与台架1之间进行相对运动的升降装置，通过升降装置实现转台2相对于台架1的升降。控制器设为数字控制仪，通过数字控制仪控制驱动装置实现转台2相对于台架1的升降。
采像装置设有摄像头3和记录仪4，记录仪4用于对摄像头3采集的原始根系多视角视频资料进行存储和显示。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种测量植物根系空间分布的方法，其特征在于，包括有以下步骤：
S1：获取原始根系多视角视频资料，并对视频资料进行图像分割，利用投票原理确定原植物根系骨架点所属的空间范围；
S2：步骤S1完成后，取定一个适当的整数作为投票阈值，利用投票原理分别在每一副骨架图像中检测根系点，若同一椭圆上的根系点数超过阈值，则保留此椭圆参数方程并利用椭圆方程计算椭圆中心纵坐标；
S3：步骤S2完成后，利用椭圆中心纵坐标值确定原始根系在生长介质的不同水平层的位置，根据椭圆参数方程确定椭圆长半轴方向端点坐标，并利用端点坐标所处的方向确定根系在生长介质的不同水平区域方向的位置；
在步骤S2中，包括有以下步骤：
S21：从每一个α角度的根系骨架图像中，确定投影轨迹的短轴顶点，定位出上/下半平面分布在α角度上的短轴上/下顶点坐标；
S22：从
Figure FDA0002384569980000011
和
Figure FDA0002384569980000012
角度上的根系骨架图像中的骨架点坐标中定位投影轨迹的短轴顶点分布在α角度上，并且长轴顶点分布在
Figure FDA0002384569980000013
和
Figure FDA0002384569980000014
上的长轴顶点坐标，并由此确定方程
Figure FDA0002384569980000015
的参数a，b，y0，其中(x，y)是根系骨架图像中的任意一点坐标，而a，b，y0分别是确定的椭圆方程
Figure FDA0002384569980000016
的长轴、短轴、及中心纵坐标；
S23：从α+π角度上的根系骨架图像中的上/下半平面骨架点坐标中，定位短轴下/上顶点分布在α+π上，并且短轴上/下顶点分布在α角度上，及长轴顶点分布在
Figure FDA0002384569980000017
和
Figure FDA0002384569980000018
上的短轴下/上顶点坐标，并由此给方程
Figure FDA0002384569980000021
的参数a，b，y0投4票；
S24：从其它α+β且β＜2π-α方位角度上的根系骨架图像中的上/下半平面骨架点坐标中，定位轨迹点分布在α+β角度上，式中β＜2π-α；
短轴顶点分布在α和α+π上，并且短轴上/下顶点分布在α角度上，长轴顶点分布在
Figure FDA0002384569980000022
和
Figure FDA0002384569980000023
上的轨迹点坐标，并由此给方程
Figure FDA0002384569980000024
的参数a，b，y0投1票。
2.根据权利要求1所述的测量植物根系空间分布的方法，其特征在于，在步骤s2中，还包括有以下步骤：
S25：从a角度骨架图中取出所有纵中轴线的骨架点坐标(0，yi)，包括有当i＝0，1，2，...，n-1，yi＞0时；当i＝n，yi＝0时；当i＝n+1，n+2，n+m-1；yi＜0时，其中yi是α角度骨架图像的纵中轴线的任意一骨架点坐标(0，yi)；
S26：对于每一点yi＞0，从
Figure FDA0002384569980000025
角度骨架图中取出所有左上半平面的所有骨架点的坐标
Figure FDA0002384569980000026
再从
Figure FDA0002384569980000027
角度骨架图中找出与其有纵中心轴对称的骨架点坐标
Figure FDA0002384569980000028
即
Figure FDA0002384569980000029
如果没有对称点，则视为无效骨架点参数；对于有对称点的取
Figure FDA00023845699800000210
以参数对{a，y0，b}作成原像投影轨迹的方程组参数，进行投票选择有效轨迹参数{a，b，y0，α}，其中
Figure FDA00023845699800000211
是指从
Figure FDA00023845699800000212
角度骨架图中取出与(0，yi)相对应的左上半平面的一骨架点的坐标，
Figure FDA00023845699800000213
从
Figure FDA00023845699800000214
角度骨架图中找出与
Figure FDA00023845699800000215
相对x＝0轴对称的一骨架点坐标，这里上标“l”表示“左”，“r”表示“右”；
S27：对于每一点yi＜0，在
Figure FDA0002384569980000031
左下半平面上取
Figure FDA0002384569980000032
以参数对{a，y0，b}作成原像投影轨迹的方程组参数，进行投票选择有效轨迹参数{a，b，y0，α}；对于i＝n，yi＝0，在
Figure FDA0002384569980000033
平面的X轴上取
Figure FDA0002384569980000034
y0＝0，b＝0；以参数对{a，y0，b}作成原像投影轨迹的方程组参数，进行投票选择有效轨迹参数{a，b，y0，α}；
S28：对于每一点yi＞0，从α+π角度骨架图中取出所有左上半平面的所有骨架点的坐标{(0，2y0-yi)}，若{(0，2y0-yi)}不在α+π骨架图像上，则视为参数对{a，y0，b}无效参数；若{(0，2y0-yi)}在α+π骨架图像上，则视为参数对{a，y0，b}有效参数，并参数对{a，b，y0，α}投上4票；
S29：对于每一点yi＜0，从α+π角度骨架图中取出所有左上半平面的所有骨架点的坐标{(0，2y0-yi)}，若{(0，2y0-yi)}不在α+π骨架图像上，则视为参数对{a，y0，b}无效参数；若{(0，2y0-yi)}在α+π骨架图像上，则视为参数对{a，y0，b}有效参数，并参数对{a，b，y0，α}投上4票；
S210：对于每一点yi＝0，从α+π角度骨架图中取出所有左上半平面的所有骨架点的坐标(0，0)，若(0，0)不在α+π骨架图像上，则视为参数对{a，y0，b}
Figure FDA0002384569980000035
无效参数；若(0，0)在α+π骨架图像上，则视为参数对{a，y0，b}有效参数，并参数对{a，b，y0，α}投上4票；
S211：从其它α+β角度骨架图中取出一点(x，y)，式中β＜2π-α；当β＜π时且yi＞0，在左半平面取(x，y)，当β＜π且yi＜0时；在左半平面取(x，y)，若
Figure FDA0002384569980000041
属于上述参数{a，y0，b}的一员，则对该参数对{a，b，y0，α}加上1票；当β＞π时且yi＞0，在右上半平面取(x，y)，当β＞π且yi＜0时，在右下半平面取(x，y)，检测
Figure FDA0002384569980000042
属于上述参数{a，y0，b}的一员，则对该参数对{a，b，y0，α}加上1票；
S212：统计所有{a，b，y0，α}的票数，若票数超过预先给定阈值，则为有效投影轨迹，保留其方程
Figure FDA0002384569980000043
的参数{a，b，y0，α}。
3.根据权利要求2所述的测量植物根系空间分布的方法，其特征在于，在步骤S3中，包括有以下步骤：
S31：将2π方位均匀分为M方位区域
Figure FDA0002384569980000044
若参数{a，b，y0，α}中的α满足
Figure FDA0002384569980000045
则将参数对{a，b，y0，α}的所有票数加在第i个方位区域层里，即α分布在第i个方位区域层；
S32：将根高2L分为N个水平层区域
Figure FDA0002384569980000046
若参数{a，b，y0，α}中的y0满足
Figure FDA0002384569980000047
则将参数对{a，b，y0，α}的所有票数加在第j个方位区域层里，即y0分布在第j个水平层区域层；若参数{a，b，y0，α}中的y0满足
Figure FDA0002384569980000048
则将参数对{a，b，y0，α}的所有票数加在第j个方位区域层里，即y0分布在第j个水平层区域层；
S33：将圆周2R均匀分为T个夹层区域
Figure FDA0002384569980000051
若参数{a，b，y0，α}中的α满足
Figure FDA0002384569980000052
则将参数对{a，b，y0，α}的所有票数加在第k个圆周夹层区域层里，即α分布在第k个圆周夹层区域层里；
S34：对各个分层空间的原点数进行分别统计点的个数Si，并把所有分层空间的原点数加起来记为S，则比例
Figure FDA0002384569980000053
为该分层的根系长度分布比例。
4.一种测量植物根系空间分布的系统，其特征在于，包括有台架和转台，所述转台通过驱动装置与台架可动连接，所述转台上设有若干定位孔，所述定位孔上连接有安装有采像装置的定位件。
5.根据权利要求4所述的测量植物根系空间分布的系统，其特征在于，所述转台设有测量仪，用于记录转台移动时间和距离；所述驱动装置连接有控制器，通过控制器控制驱动装置实现转台相对于台架的转动和升降。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110915463B (zh) * 2019-10-28 2020-11-17 武汉大学 考虑多种盐氮水平的向日葵动态根系分布模型的构建方法
CN112461135B (zh) * 2020-10-10 2021-12-21 华南农业大学 一种石斛生长参数无损在线测定装置及其测定方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0158549A2 (fr) * 1984-01-13 1985-10-16 Etablissement public dit: INSTITUT NATIONAL DE LA RECHERCHE AGRONOMIQUE Dispositif d'exploration souterraine du type endoscope, notamment destiné à l'étude de l'enracinement des plantes in situ
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CN105403569A (zh) * 2015-12-21 2016-03-16 福建农林大学 评价植物根系对污染物垂直方向生长回避的装置及方法
CN206208608U (zh) * 2016-11-15 2017-05-31 广西壮族自治区农业科学院甘蔗研究所 一种根系温室气体采集及深层渗漏液收集装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0158549A2 (fr) * 1984-01-13 1985-10-16 Etablissement public dit: INSTITUT NATIONAL DE LA RECHERCHE AGRONOMIQUE Dispositif d'exploration souterraine du type endoscope, notamment destiné à l'étude de l'enracinement des plantes in situ
CN101763634A (zh) * 2009-08-03 2010-06-30 北京智安邦科技有限公司 一种简单的目标分类方法及装置
CN105403569A (zh) * 2015-12-21 2016-03-16 福建农林大学 评价植物根系对污染物垂直方向生长回避的装置及方法
CN206208608U (zh) * 2016-11-15 2017-05-31 广西壮族自治区农业科学院甘蔗研究所 一种根系温室气体采集及深层渗漏液收集装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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基于哈夫变换的植物根系在介质中根长分布率计算;徐小红等;《第五届全国几何设计与计算学术会议》;20111231;第137-138页 *

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