CN110958836B - 表型分析设备 - Google Patents

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Abstract

一种采集位于目标根管中的植物的根部的图像的设备，所述设备包括：转台(12)，所述转台(12)具有旋转轴线(X)并用于支撑所述目标根管；照明装置(14)；第一摄像机(16)，所述第一摄像机(16)具有基本上朝向所述旋转轴线(X)定向的光轴(O)；聚焦传感器(18)，所述聚焦传感器(18)布置成提供所述第一摄像机的至少一个参数的测量值(M)；控制模块(20)，所述控制模块(20)配置成接收所述测量值(M)、将所述测量值(M)与比较数据(C)进行比较、并相应地通知操作者，所述比较数据包括与不同于所述目标根管的参考根管相关的数据和/或与所述目标根管的先前采集的一个或多个图像相关的数据。

Description

表型分析设备
技术领域
本发明涉及植物根部发育的观察领域，包括选择具有感兴趣的性状的植物，所述植物包括感兴趣的农艺特征。本发明更具体地涉及例如在植物品种选择过程中的培养和表型分析植物领域。
背景技术
为了在节水和节约不可再生资源从而限制化学肥料的使用的同时保持高生产量，选择具有更高效的根系的植物至关重要。这可以通过优化根构型(root architecture)和根吸收能力和/或通过改善植物与根际微生物的正相互作用来实现。适于根结构的高生产量表型分析的设备的开发仍然是主要瓶颈。
INRA已经开发出特定的根管(rhizotron)，该根管适于在受控条件下的植物生长以及植物新梢和根系的非侵入式图像采集。在EP 2 679 088中描述了这些被称为“RhizoTubes”的根管。
这些根管允许同时生长一至六株植物，该植物的最大高度为1.1m，最长生长可达8周，这具体取决于植物种类。在整个实验过程中，借助于被称为RhizoCab的成像舱，可以自动地且非破坏性地对新梢和根室进行成像。
RhizoCab包含用于获取植物根系的高分辨率图片的机器人和成像设备。这在Christian Jeudy等人在《Plant Methods(2016)》12:31DOI10.1186/s13007-016-0131-9的文章《RhizoTubes as a new tool for high throughput imaging of plant rootdevelopment and architecture:test,comparison with pot grown plants andvalidation》中进行了描述。
RhizoCab允许在各种非生物和生物环境条件下对植物新梢和根进行表型分析。特别是，RhizoCab允许根的简单可视化或根的提取以及根性状的测量，用于高生产量或动力学分析。因此，RhizoCab可用于鉴定作物对应力的响应(包括与土壤微生物的相互作用)中所涉及的关键根系性状的遗传和环境决定因素。
存在改进RhizoCab、特别是以简单且有效的方式获得高分辨率图像的永久需求。
本发明的目的是至少部分地满足该需求。
发明内容
本发明提供一种用于采集位于目标根管中的植物的根部图像的设备，所述设备包括：
-转台，所述转台具有旋转轴线并且用于支撑所述目标根管；
-照明装置；
-第一摄像机或“根摄像机”，所述第一摄像机或“根摄像机”具有基本上朝向所述旋转轴线定向的光轴，所述光轴优选为水平的光轴，所述第一摄像机包括多个单元光传感器，每个单元光传感器配置成采集各自的单元信号。
根据本发明的第一方面，所述设备包括控制模块，所述控制模块配置成：
i)根据如下来确定单元时间段：
-所述转台绕所述旋转轴线的旋转速度，以及
-所述单元光传感器和所述目标根管之间的距离和/或所述第一摄像机的变焦放大率；
ii)控制所述单元光传感器根据所述单元信号生成像素信号，每个像素信号开始于初始像素滴答声、持续所述单元时间段并且结束于最终像素滴答声；
iii)根据各自的像素信号来参数化图像的像素。
如在下面的描述中将更详细地描述的那样，即使所述单元光传感器与所述目标根管之间的距离和/或所述摄像机的变焦放大率变化，这些操作允许采集具有所谓的“正方形像素”的图像。有利地，这些操作是简单的，并且不需要转台的旋转速度的变化。实际上，改变所述单元时间段就足够了。
根据本发明的与所述第一方面兼容的第二方面，所述设备包括：
-聚焦传感器，所述聚焦传感器布置成提供所述第一摄像机的至少一个参数的测量值；
-控制模块，所述控制模块配置成接收所述测量值，将所述测量值与比较数据进行比较，并相应地通知操作者，
所述比较数据包括与不同于所述目标根管或“参考根管”的根管相关的数据和/或与所述目标根管的先前采集的一个或几个图像相关的数据。
因此，有利地，控制模块可以评估采集条件是否是预期的那些条件。之后，操作者可以做出适当的决定。这使得由该设备提供的图像的质量更加可靠。
优选地，根据本发明的设备还包括以下可选特征中的一个或多个特征：
-所述设备包括分度器，所述分度器配置成提供分度器滴答声，所述分度器滴答声用于转台绕其轴线的多个优选地规则分布的角位置，所述控制模块配置成从所述分度器滴答声的至少一者确定所述初始像素滴答声和/或最终像素滴答声；
-所述分度的角位置的数量，即，针对所述转台的一转产生的分度器滴答声的数量优选地大于1000、优选地大于5000、优选地大于10000、优选地大于12000；
-至少一个初始像素滴答声是分度器滴答声；
-像素信号的单元时间段等于两个分度器滴答声之间的时间段除以乘法整数与除法整数的比；
-所述除法整数和乘法整数取决于所述单元光传感器与所述目标根管之间的距离和/或取决于所述第一摄像机的变焦放大率；
-所述单元光传感器沿平行于所述目标根管的圆柱形侧表面的线叠置；
-所述单元时间段与所述变焦放大率成反比例，和/或所述单元时间段与所述单元光传感器和所述目标根管之间的所述距离成正比例；
-至少只要由所述单元光传感器接收的光量的范围超过确定的阈值，所述转台配置成使所述目标根管以恒定的速度转动，而与所述变焦放大率和所述单元光传感器与所述目标根管之间的所述距离无关；
-所述设备包括摄像机支撑件，所述第一摄像机安装在所述摄像机支撑件上，所述摄像机支撑件配置成引导所述摄像机的运动，以及尤其是改变所述摄像机和所述目标根管之间的距离的运动；
-由单元光传感器提供的单元信号优选为由所述单元光传感器观察到的所述目标根管的表面的亮度的测量值；
-所述聚焦传感器配置成测量安装成绕所述第一摄像机的光轴旋转的透镜聚焦环的角位置；
-所述聚焦传感器包括电位计，所述电位计具有取决于所述角位置的电阻；
-所述照明装置包括接口，所述接口使得所述操作者能够限定由所述照明装置发射的光的一种或多种波长和/或强度；
-所述设备包括输送机，所述输送机包括平行的两个带，所述转台包括托盘和致动器，所述致动器与所述托盘配合以使所述托盘在所述带之间竖直地移动；
-所述托盘设置有一个或多个凹部或凸部，所述凹部或凸部分别顺应地与所述目标根管的相应凸部或凹部配合；
-控制模块被编程为使得在由所述第一摄像机采集图像期间，所述托盘绕所述旋转轴线X旋转360°的倍数；
-所述输送机被布置成将所述目标根管从第一站输送至第二站，所述第一站包括所述第一摄像机并且所述第二站包括第二摄像机，所述第二摄像机被布置成采集所述目标根管中的植物的地上部分的图像；
-所述第二摄像机被安装成使得其光轴是基本上竖直的。
本发明还涉及一种采集位于目标根管中的植物的根部图像的方法，所述方法包括以下步骤：
a)将所述目标根管输送至第一站；
b)将摄像机聚焦在所述目标根管上；
c)利用光照亮所述目标根管，并且使所述目标根管绕竖直的旋转轴线X转动；
d)当所述目标根管被照亮并转动时，利用所述摄像机采集单元信号；
e)通过处理所述单元信号来合成所述图像。
根据本发明的一方面，步骤c)包括以下操作：在该操作中，操作者限定由所述照明装置发射的光的一种或多种波长和/或强度。
根据本发明的一方面，在步骤a)处，利用包括平行的两条带的输送机来输送所述目标根管，并且在第一站处，在所述目标根管在所述两条带之间竖直地移动以与所述带分开之前，所述目标根管放置在托盘上。
根据本发明的一方面，在步骤d)之后，将所述目标根管输送至第二站，并且在第二站处，采集所述目标根管中的植物的地上部分的图像。这能够实现高生产量。
优选地，根据本发明的设备用于操作根据本发明的方法。
本发明还涉及一种套件，所述套件包括根据本发明的设备和放置在所述转台上的目标根管。
优选地，根管包括根据EP 2 679 088的根管的特征中的一个或多个特征。
附图说明
在阅读以下详细描述并查阅附图时，本发明的其它特征和优势将变得清楚，其中：
-图1示意性地示出根据本发明的设备；
-图2示出了两种情况下的图像采集，该两种情况的不同之处在于摄像机和根管之间的距离D和D’。在第二种情况下，所有的附图标记带有标记“’”；
-图3示出了所述图像。
具体实施方式
图1中所示的设备包括舱10，舱10包括转台12、照明装置14、第一摄像机16、聚焦传感器18和控制模块20。目标根管R放置在转台上。
该设备还包括输送机21，输送机21在所述舱内部输送来自舱的外部的根管。
根管
优选地，目标根管呈现在EP 2 679 088中公开的根管的特征中的一个或多个特征。
通常，目标根管呈现出具有约50cm的高度和约20cm的直径的竖直管的大体形状。在该管的上部开口中种植植物。该管具有透明的圆柱形侧壁22，从而通过所述侧壁可见植物的根。
该管固定在基座24上，该基座封闭该管的下部开口。
舱
舱可以是铝和玻璃的舱，优选地，该舱具有约1.5m的宽度、1.5m的深度和2.5m的高度。
优选地，设置窗帘以便选择性地使舱的内部体积与外部环境光学地隔离。优选地，监督摄像机26位于舱内，以便提供转台12的概览并且优选地提供第一摄像机16和/或照明装置14的概览。优选地，该设备包括位于舱外部的界面28。
转台
转台包括水平托盘30和电机组32，电机组32与所述水平托盘机械地联接以使所述水平托盘绕竖直的旋转轴线X旋转。
优选地，电机组包括无刷电机、分度器35以及将所述电机与托盘联接的齿轮。可替选地，电机组可以包括步进电机。
优选地，分度器35针对转台的绕轴线X的N35个规则地分布的角位置中的每一者提供信号或“分度器滴答声”。例如，N35可以是3600，从而在转台旋转360°/3600(即0.1°)之后通过分度器发出分度器滴答声。连续的两个分度器滴答声之间的时间段称为“分度器时间段”，即Δt35。
优选地，托盘设置有固定装置，以便使目标根管在托盘上暂时地固定不动。
在优选的实施方式中，转台包括未示出的夹持装置，该夹持装置布置成将根管紧固在托盘上。夹持装置例如可以由钳子的钳口或夹具构成。
优选地，托盘设置有一个或多个凹部或凸部34，该凹部或凸部34分别顺应地与目标根管的相应的凸部或凹部配合。优选地，托盘的凹部和/或凸部沿竖直的轴线延伸。优选地，托盘包括至少两个凹部和/或凸部，以便限制目标根管相对于托盘的旋转。
优选地，转台包括竖直移动托盘的装置。
优选地，转台包括致动器36，致动器36优选地为液压致动器，所述致动器包括竖直的缸杆38，该缸杆与托盘30配合以使托盘竖直地移动。
照明装置
照明装置14可以提供白光或单色光。由照明装置产生的光的波长光谱可以从红外光扩展至紫外光。
在优选的实施方式中，照明装置14包括多个灯40，灯40优选地包括三种类型的LED灯，这三种类型的LED灯优选地分别发射以465nm、525nm和625nm波长为中心的光谱。灯40的数量是目标根管的高度的函数。
根据公知的解决方案，灯40与第一摄像机的图像采集过程同步。
优选地，灯被定向以便均匀地高亮目标根管R(在示意图1中不是这种情况)。
优选地，照明装置包括接口42，接口42使操作者能够限定入射光的一种或多种波长和/或强度。
第一摄像机
优选地，第一摄像机16是高清晰度摄像机，优选地是配备有Zeiss 50mm f/2Makro-Planar镜头的Basler raL12288-8gm摄像机。
第一摄像机被安装成使得其光轴O基本上水平并且朝向转台的旋转轴线X定向。然而，优选地，光轴O与包含转台的旋转轴线和第一摄像机的光传感器的平面之间的角度大于2°、优选地大于4°。由此减少不利的反射。优选地，该角度小于20°、小于10°。优选地，两个轴线O和X之间的最小距离小于5cm、优选地小于2cm，并且大于0.5cm、优选地大于1.0cm。
第一摄像机包括光传感器50，该光传感器50包括多个优选地叠置的单元光传感器52、优选地大于5000个或大于10000个单元光传感器52(例如叠置的12000个单元光传感器)，优选地，单元光传感器52沿竖直线延伸，该竖直线平行于目标根管的侧表面。
在图像的采集期间，每个单元光传感器52获取单元信号S52。
单元信号S52是单元光传感器所接收的光的亮度的测量值(图2)。
该设备包括电子电路54，电子电路54分析单元信号S52以便将其表示为图像I的像素Pi的线L52(图3)。
更准确地，在时刻t0开始由单元光传感器52采集信号S52。目标根管转动，并且在单元时间段Δt期间，直到时刻t1，单元光传感器52接收通过目标根管反射和漫射的光，并在积分时间段σ内对该光进行积分。
为了清楚起见，积分时间段σ被认为等于单元时间段。实际上，积分时间段σ比包括短处理时间段的所述单元时间段略短。
该积分的结果是值V1，该值V1用于参数化线L52的对应于单元光传感器52的第一像素P1。单元信号S52中的与第一像素对应的部分被称为“像素信号”s52,1。
在时刻t1之后，单元光传感器52接收光，并且在另一个单元时间段Δt的积分时间段(即，在时刻t1(＝t0+Δt)和时刻t2(＝t1+Δt)之间)期间，电子电路54对该光进行积分。在该第二单元时间段期间的光的积分被用于计算值V2。然后，电子电路54利用值V2参数化线L52的第二像素P2。单元信号S52的与第二像素相对应的部分是像素信号s52,2。
针对线L52的每个像素Pi重复这些操作。
因此，沿图像I的x轴的像素数量等于用于线L52的采集时间段除以Δt。
由每个单元光传感器获取的所有单元信号都以相同的方式处理，以产生12000条像素叠置线，这些线的叠置构成了图像I。
因此，图像I的沿定义图像I的高度的y轴的分辨率(即，线的数量)或沿该轴的像素的数量取决于单元光传感器52的数量。它不取决于根管的旋转速度ω。相反，对于目标根管的相同旋转角度，沿线(即沿垂直于y轴的x轴)的像素数量随单元时间段Δt的减小而增大，并且随单元时间段Δt的增大而减小。
优选地，第一摄像机安装在摄像机支撑件56上，使得可以根据操作者的需求在空间的至少两个维度上、优选地三个维度上移动该第一摄像机。特别地，可以改变目标根管的表面与第一摄像机的光传感器50之间的距离D，以变为D’。在优选的实施方式中，摄像机支撑件56设置有致动器以改变第一摄像机的位置。优选地，摄像机支撑件56的致动器由控制模块20控制。
第一摄像机还可以设置有变焦器，以改变变焦放大率G。
当距离D增加至变为D’(图2)和/或变焦放大率G减小时，第一摄像机观察到目标根管的侧面或“观察面”的较大部分。因此，总放大率(即整合了距离效应和变焦放大率效应)减小。
优选地，为了使图像I的解释更简单，观察表面的沿x轴的每厘米的像素数量应当与沿y轴的每厘米的像素数量相同，而与距离D或变焦放大率G无关。这种像素被称为“正方形”。
当距离D增大或变焦放大率G减小时，由光传感器50观察到的表面的高度增大，即，每个像素表示沿y轴的目标根管的侧表面的增大的高度。
但是，如果目标根管的旋转速度ω恒定，则对于确定的采集时间段，经过光传感器50前方的沿目标根管的周界的长度不会改变，因此沿x轴，表示沿目标根管的周界的相同长度。因此，图像I表示目标根管的被横向压缩的侧表面的视图，因为针对图像的相同尺寸，观察到的表面的高度增加，但其长度没有增加。像素不再是正方形，并且图像看起来沿x轴比沿y轴更长。
根据本发明，单元时间段Δt取决于距离D和变焦放大率G，并且优选地与距离D成正比例地变化并与变焦放大率G成反比例地变化。
因此，目标根管的观察表面的单元表面60的长度l60与高度h60之间的比率保持不变，该比率通过单元光传感器使用以确定像素的亮度。优选地，该比率保持等于1。
如之前所解释的，每个像素与两个时刻或“初始像素滴答声和最终像素滴答声”相关联，在该两个时刻，光的积分开始和停止，即，例如用于第一像素的t0和t1。由单元时间段Δt间隔开像素滴答声。
优选地，像素滴答声通过电子电路54从分度器滴答声生成。因此，像素信号的获取取决于转台围绕其轴线的角位置。有利地，即使改变转台的速度，也可以采集最佳图像。
优选地，电子电路54包括除法器和常规的锁相环(phase lock loop，PLL)以产生像素滴答声。PLL和除法器配置成将分度器时间段Δt35除以比率p/d(p是乘法整数，d是除法整数)，以便生成由单元时间段Δt间隔开的像素滴答声，即Δt＝Δt35/(p/d)。比率p/d的值是所述单元光传感器和所述目标根管之间的距离的函数和/或第一摄像机的变焦放大率的函数。优选地，比率p/d的值与距离D成正比例地变化，并且与变焦放大率G成反比例地变化。
有利地，PLL和与分度器相关联的除法器的组合使得转台的机械运动与像素滴答声的产生能够简单地且最佳地同步。
输送机
优选地，输送机21布置成在转台12的位置处输送目标根管。
优选地，输送机包括平行的两个带44。优选地，该两个带具有滚动管的形状。
当从上方观察时，托盘30位于所述两个带之间，准备好用于采集图像。
转台的致动器配置成使托盘在下部位置和上部位置之间移动，分别地，在在该下部位置中托盘放置在带上(以虚线表示的位置)，在该上部位置中托盘位于带上方。
因此，在上部位置中，托盘可以绕旋转轴线转动，而不会与带接触。
在一个实施方式中，该设备包括第一站和第二站，该第一站和第二站通过输送机连接。在一个实施方式中，第一站包括所述第一摄像机，并且第二站包括第二摄像机或“拍摄”摄像机，该第二摄像机或“拍摄”摄像机被布置成采集目标根管中植物的地上部分(茎系)的图像。优选地，第二摄像机被安装成使得其光轴基本上竖直。
有利地，目标根管在第二站的位置取决于其在第一站的位置。特别地，优选地，在第一站处，目标根管绕旋转轴线X旋转确定的角度，例如旋转多个完整的转(即360°的倍数)，使得在第一站处采集图像之后，目标根管相对于输送机的位置与所述采集之前的位置相同。因此，当目标根管到达第二站时，其相对于输送机的位置是已知的。
有利地，因此将在第一站处采集的图像与在第二站处采集的图像进行比较更加容易。特别地，将根系的几何形状与茎系的几何形状进行比较变得更加容易。
聚焦传感器
优选地，聚焦传感器评估参数的测量值M，该参数的值取决于第一摄像机的焦点。
在优选的实施方式中，聚焦传感器18测量透镜聚焦环46的角位置，该透镜聚焦环46通常安装成围绕第一摄像机16的光轴O旋转。优选地，该设备包括电位计，该电位计机械地联接至该透镜聚焦环。因此，透镜聚焦环的角位置的变化改变了电位计的电阻。在优选的实施方式中，聚焦传感器配置成测量电位计的电阻，以便评估透镜聚焦环的角位置。
例如当变焦放大率G和/或距离D已经改变时，电位计可以用于设置透镜聚焦环的近似初始角度位置。此后，从该位置开始精密地调整透镜聚焦环的角度位置。有利地，减少了正确定位透镜聚焦环所需的时间。
控制模块
控制模块20可以包括现有技术中利用软件编程的计算机。控制模块20通常包括人机界面28(特别是屏幕)、处理单元29、通信单元31、以及包含数据库的存储器33，该通信单元31用以与不同的部件(特别是第一摄像机、聚焦传感器、照明装置和电机)进行通信。
优选地，控制模块包含电子电路54，电子电路54用于处理从光传感器50接收的信号。
数据库包含与相同参数的先前测量相关的比较数据C，该比较数据C是在目标根管和/或其它根管、或“参考根管”上测量得到的。
运作
最初，操作者选择总放大率，即变焦放大率G和/或距离D。
优选地，目标根管R由输送机21的两条带44承载并且被输送至舱10中，然后在转台12的托盘30的上方固定不动。然后致动器36竖直地向上移动托盘，直到托盘与根管接触，并且托盘的凸部34与目标根管R的相应凹部配合。然后，执行器进一步移动托盘，直到目标根管不再与带接触，如图1所示。
然后，根据操作者的选择，控制模块20控制摄像机支撑件56以将第一摄像机定位在目标根管的距离D处，并以变焦放大率G设置变焦器。
同时，第一摄像机16然后聚焦在目标根管R上。通常，通过旋转摄像机的透镜聚焦环46来获得该焦点。
聚焦传感器18测量由第一摄像机确定的与最佳焦点相对应的透镜聚焦环的角位置，并将该测量值M传送至控制模块20。
优选地，控制模块将所述测量值M与相同参数的先前测量值进行比较。先前的测量值可以与目标根管和/或相当的参考根管相关，即，该相当的参考根管具有与所分析的根管相同或相似的特性。
控制模块通过界面28相应地通知操作者。如果该比较未导致检测到异常情况，则优选地，控制模块不向该界面发送任何信息。否则，控制模块会通知操作者。
特别地，优选地，如果焦点参数与期望的焦点参数实质上不同(即在异常情况下)，则控制模块将差异通知给操作者。然后，操作者可以检查目标根管，并且特别是检查该目标根管相对于转台的定位以及该设备的运作。
优选地，所述参数的测量值M被保存。因此，在一个实施方式中，控制模块可以检测该参数值的漂移。
如果在一个实施方式中，如果检测到异常情况，则控制模块阻止对目标根管的图像的采集。
如果情况被视为正常，则可以开始采集图像。
之前，操作者可以选择并配置照明装置的一个或多个灯，使得该一个或多个灯发出各自的具有不同光谱和/或强度的光。因此，有利地，操作者可以选择对于其目的而言最佳的入射光。
电机使托盘以恒定的旋转速度ω绕竖直旋转轴线X旋转，而照明装置照亮目标根管R。同时，摄像机拍摄多个1像素宽×12000像素高的“线型图像”，这些“线型图像”被组合以构成根管的侧表面的图像。可以在小于30秒、优选小于20秒、优选地在10秒内完成一转。
在取决于转台的转速的时刻，分度器35在绕轴线X的预定角度位置处产生分度器滴答声。由于转台的旋转速度是恒定的，所以分度器滴答声由恒定的分度器时间段Δt35分隔开。
从分度器时间段Δt35，电子电路54根据距离D和变焦放大率G确定单元时间段Δt，优选地获得正方形像素。因此，生成通过单元时间段Δt分隔开的像素滴答声。
相应地确定用于PLL和除法器的整数p和d。
其相应地生成像素滴答声。
在对应于分度器滴答声的第一初始像素滴答声t0处，在积分时间σ期间，通过电子电路54将从每个单元光传感器接收的信号进行积分。
在单元时间段期间，具有读取由单元光传感器所测量的值需要的很短的时间段(称为“处理时间段”)。因此，在其期间对光进行积分的“积分时间段”总是略小于Δt。为了清楚起见，忽略该处理时间段，并且认为积分时间段等于单元时间段Δt，即积分时间段持续到最终的像素滴答声t1。
单元光传感器可以提供如图2所示的模拟信号。但是，优选地，单元光传感器配置成提供数字值或提供具有阶梯形状的信号。
优选地，下一个像素的初始像素滴答声是所述最终的像素滴答声t1。
重复该过程，以便参数化每个线的所有像素。
在优选的实施方式中，电子电路54考虑到距离D和变焦放大率G来计算单元时间段Δt以获得正方形像素，并且分析从单元光传感器52接收的所有单元信号S52以获得连续的像素信号s52,i，每个像素信号持续所述单元时间段Δt。此后，每个像素信号s52,i被转换为值V52,i，值V52,i用于参数化相应的像素Pi。
在一实施方式中，摄像机将所采集的多个图像组合以产生最终的图像。特别地，可以叠加分别由具有红色、绿色和蓝色的单色光对目标根管的照明而得到的三个图像，以再现自然颜色的最终图像。有利地，该最终图像具有非常高的分辨率，摄像机的光传感器的每个像素用于三个图像中的每一者。
利用上述摄像机所获得的最终图像的分辨率范围从以600ppi的42μm/像素直至以3600ppi的7μm/像素。它允许检测最细的根和根瘤并观察菌丝。图像采集非常简单且迅速。
另外，利用不同的距离D和变焦放大率G，而转速ω没有任何变化，可以容易地获得正方形像素。
单元时间段Δt的确定取决于转台的转速ω。优选地，随着总放大率的变化，转速ω不改变。
同样，优选地，随着总放大率变化，不改变由照明装置14投射的光量。
然而，在优选的实施方式中，当单元时间段Δt低于确定的阈值时，当减小距离D和/或当增大变焦放大率G时旋转速度ω减小和/或所述光量增加。有利地，转速ω的减小和所述光量的增加允许在所述单元时间段Δt期间至少最小光量的积分，这改善了图像的质量。
示例
沿根管的整个周界采集图像I。每转产生5000个分度器滴答声。
光传感器50包括叠加的12000个单元光传感器，这些单元光传感器沿平行于目标根管的侧表面的竖直线延伸。待生成的像素滴答声的数量直接取决于叠加的单元光传感器的数量。在该示例中，假定在第一总放大率下，根管的整个周界的图像线必须由12000个像素构成以获得正方形像素。
为了从5000个分度器滴答声产生相应的12000个像素滴答声，将分度器时间段Δt35乘以5并除以12，以获得两个连续像素滴答声之间的单元时间段Δt’。为此，分别地，p设置为12，d设置为5。
转速ω的变化不会改变待产生的像素滴答声的数量，而只会改变分度器时间段Δt35和单元时间段Δt’。
如果转速ω是1转/10s，则因此分度器时间段Δt35为1ms，并且单元时间段Δt’等于10/12000＝833μs。
如果转速ω是1转/5s，则因此分度器时间段Δt35为0.5ms，并且单元时间段Δt’等于5/12000＝416μs。
为了转换至第二总放大率，例如将距离D除以2，并且不改变变焦放大率G。因此，在第二总放大率下，单元时间段应当为Δt＝Δt’/2＝416μs，以获得正方形像素。因此，在转台旋转一转时会产生24000个像素滴答声。
为了获得24000个像素滴答声，简单地将Δt35(＝10/5000s)乘以5并且除以24。为此，分别地，p设置为24，d设置为5。
如果Δt太低以至于不能通过单元光传感器在过于连续的像素滴答声之间对足够的光进行积分，则由照明装置提供的光增加和/或降低转速。
从前面的描述中可以清楚地看出，本发明提供了一种有效的设备，该设备提供了可靠的根部图像。特别地，所采集的图像可以用作可以更好地管理有限的水或养分供应的影响的作物生长基础。这也将允许对基因的作用进行功能性验证。

Claims (14)

1.一种采集位于目标根管中的植物的根部的图像的设备，所述设备包括：
-转台(12)，所述转台(12)具有旋转轴线(X)并且用于支撑所述目标根管；
-照明装置(14)；
-第一摄像机(16)，所述第一摄像机(16)具有基本上朝向所述旋转轴线(X)定向的光轴(O)，所述第一摄像机包括多个单元光传感器(52)，每个单元光传感器(52)配置成采集各自的单元信号(S52)，所述第一摄像机(16)配置成通过旋转所述第一摄像机(16)的透镜聚焦环(46)来聚焦在所述目标根管(R)上，所述透镜聚焦环(46)安装成绕所述第一摄像机(16)的所述光轴(O)旋转；
-聚焦传感器(18)，所述聚焦传感器(18)布置成测量由所述第一摄像机确定的与最佳焦点相对应的所述透镜聚焦环的角位置并提供测量值(M)；
-控制模块(20)，所述控制模块(20)配置成：
·接收所述测量值，
·将所述测量值与比较数据(C)进行比较，以及
·在异常情况下：
o将差异通知给操作者，使得所述操作者能够检查所述目标根管，以及
o阻止对所述目标根管的图像的采集，
所述比较数据包括与不同于所述目标根管的参考根管相关的数据和/或与所述目标根管的先前采集的一个或多个图像相关的数据。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述聚焦传感器(18)包括电位计，所述电位计具有取决于所述角位置的电阻。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述照明装置包括接口(42)，所述接口(42)使所述操作者能够限定由所述照明装置发射的光的波长和/或强度。
4.根据权利要求1所述的设备，包括输送机(21)，所述输送机包括平行的两个带(44)，所述转台包括托盘(30)和致动器(36)，所述致动器(36)与所述托盘(30)配合以便使所述托盘在所述带之间竖直地移动。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述托盘设置有一个或多个凹部或凸部(34)，所述凹部或凸部(34)分别地顺应地与所述目标根管(R)的相应凸部或凹部配合。
6.根据权利要求4所述的设备，其中，所述控制模块被编程为使得在由所述第一摄像机采集图像期间，所述托盘绕所述旋转轴线(X)转动360度的倍数。
7.根据权利要求4所述的设备，其中，所述输送机布置成将所述目标根管从第一站输送至第二站，所述第一站包括所述第一摄像机并且所述第二站包括第二摄像机，所述第二摄像机布置成采集所述目标根管中的植物的地上部分的图像。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述第二摄像机安装成使得所述第二摄像机的光轴是基本上竖直的。
9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述控制模块(20)配置成评估所述测量值的演变。
10.根据权利要求1所述的设备，其中，所述控制模块(20)配置成：
i)根据如下来确定单元时间段(Δt)：
-所述转台绕所述旋转轴线的旋转速度(ω)，以及
-所述单元光传感器与所述目标根管之间的距离(D)和/或所述第一摄像机的变焦放大率；
ii)控制所述单元光传感器(52)根据所述单元信号(S52)产生像素信号(s52,i)，每个像素信号开始于初始像素滴答声、持续所述单元时间段(Δt)并且结束于最终像素滴答声；
iii)根据各自的像素信号(s52,i)来参数化图像(I)的像素(Pi)。
11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述单元光传感器(52)沿平行于所述目标根管的圆柱形侧表面的线叠置。
12.根据权利要求10所述的设备，其中，所述转台配置成使所述目标根管以恒定的速度转动，而与所述单元光传感器与所述目标根管之间的所述距离(D)以及所述变焦放大率无关。
13.根据权利要求10所述的设备，其中，只要由所述单元光传感器接收的光量的范围超过确定的阈值，所述转台配置成使所述目标根管以恒定的速度转动，而与所述单元光传感器与所述目标根管之间的所述距离以及所述变焦放大率无关。
14.根据权利要求1所述的设备，包括摄像机支撑件(56)，所述第一摄像机安装在所述摄像机支撑件(56)上，所述摄像机支撑件配置成引导所述第一摄像机的运动，所述运动改变所述第一摄像机和所述目标根管之间的距离。
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