CN111296120A - 一种透明根系栽培容器拍照系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种透明根系栽培容器拍照系统，包括成像区，所述成像区包括成像平台、旋转拍照装置、外管拍照相机和夹取移动组件；旋转拍照装置：对成像平台上待观察的透明根系栽培容器内壁的根系进行成像；外管拍照相机：对成像平台上待观察的透明根系栽培容器外壁的根系进行成像；夹取移动组件：用于将待观察的透明根系栽培容器从进样区运移至成像平台，将成像后的透明根系栽培容器从成像平台运移至出样区。本发明在成像区设置旋转拍照装置和外管拍照相机，实现对每个透明根系栽培容器内壁和外壁同时进行自动化成像，全方位、多角度、自动化实时监测获取作物根系图像。
Description
技术领域
本发明涉及一种根系动态生长拍照系统，特别涉及一种透明根系栽培容器拍照系统。
背景技术
基因-环境-表型互作机理的研究需借助以大数据为核心的现代化信息技术。随着测序技术效率的提升以及成本的降低，作物基因组数据不断增长和完善；而当前表型信息获取技术滞后，导致其无法匹配庞大的基因组学数据，严重阻碍了育种进程。构建表型组信息无损、高效、系统性收集的自动化设备成为农学、植物生理学和遗传育种学等亟需解决的热点问题。
近年来，诸多学术机构和企业致力于表型测定平台的研发。目前，地上部表型测定技术较为成熟，大都基于“Plant-to-Sensor”的传送带运行模式并结合数字相机的360度成像来收集作物的表型信息。由于根系生长介质的不透明性及根系结构的复杂性，根系的观察和测定都十分困难。研究学者尝试采用X射线的计算机断层扫描法或核磁共振成像MRI等方法来测定土壤中根系，但这些方法由于低分辨率仅能获取有限的根系表型信息，另外还存在栽培容器小、通量低、耗时长、设备不可移动且价格昂贵等缺点。采用低成本的成像传感器获取根系图像是目前较为流行的根系测定方法。德国尤利西研究中心研发的GROWSCREEN-Rhizo可对窄根盒中的根系成像，但该方法只能获取部分碎片化根系表型信息，且在栽培根系较大的作物如须根系作物玉米等时，窄根盒限制了根系的生长空间，导致成像窗中根系重叠严重，获取的根系图像损失较多的根系表型信息。
综上所述，现存的根系表型测定平台只能获取较小的植株根系表型信息，且普遍存在通量低、设备成本高昂、空间利用率低等问题。另外，现存的表型测定平台无法高质量的获取须根系作物根系图像。基于传送带的运输方式其通量扩展容易实现，但其配套设备成本高昂，尤其对于超大型作物表型平台，全部配置传送系统的费用极高。采用模块化的拍照系统可以有效减少自动传送系统的配置数目，可大幅降低建造成本。因此，基于模块化的设计理念，全方位、多角度获取地下部作物表型信息为出发点，开发一套高通量、自动化的作物表型成像平台，从而满足规模化表型数据获取以及作物育种科学研究的要求。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种透明根系栽培容器拍照系统，该系统能够满足高通量作物栽培、根系成像的要求，实现作物根系的高通量、全方位、多角度、自动化实时监测获取。
本发明的具体技术方案如下：
一种透明根系栽培容器拍照系统，包括成像区，所述成像区包括成像平台、旋转拍照装置、外管拍照相机和夹取移动组件；
旋转拍照装置：对成像平台上待观察的透明根系栽培容器内壁的根系进行成像；
外管拍照相机：对成像平台上待观察的透明根系栽培容器外壁的根系进行成像；
夹取移动组件：用于将待观察的透明根系栽培容器从进样区运移至成像平台，将成像后的透明根系栽培容器从成像平台运移至出样区。
优选的，所述透明根系栽培容器包括栽培底座、栽培容器本体、遮光盖和遮光罩；
所述栽培容器本体包括透明内筒、透明外筒和透明顶盖，透明外筒上下开放，所述透明内筒和透明外筒相互嵌套并固定在栽培底座上，透明内筒的顶部设置透明顶盖，透明内筒和透明外筒之间形成根系环形栽培空间，在根系环形栽培空间的上方设置遮光盖，栽培底座上开设有与所述透明内筒的内腔连通的中心孔，栽培底座的下方设有接水盒；
所述遮光罩设在遮光盖和栽培底座之间，遮光罩包括可拆卸连接的左遮光罩和右遮光罩，左遮光罩和右遮光罩形成中空的矩形结构，栽培容器本体设在该空腔内。
优选的，成像平台的旁边设有遮光罩拆装机构，所述遮光罩拆装机构包括支架和真空吸盘夹具，所述真空吸盘夹具滑动连接在支架上以使真空吸盘夹具在水平方向上远离或靠近成像平台；
所述真空吸盘夹具包括安装座、左夹具和右夹具，左夹具和右夹具对称设置在安装座上并且与安装座构成水平移动副，安装座上安装有用于驱动左夹具和右夹具同步相向运动或者背向运动的驱动机构。
优选的，所述遮光罩拆装机构包括支架和真空吸盘夹具，支架包括开合支架，设在开合支架上方的直线电机模组，直线电机模组上设有直线导轨以及与直线导轨连接的滑座；
真空吸盘夹具包括安装座、正反牙夹紧模组、左夹具和右夹具，安装座与直线导轨上的滑座连接，直线电机模组上的电机驱动安装座沿直线导轨滑动从而使得安装座在水平方向上远离或靠近成像平台；左夹具和右夹具均包括遮光安装臂、吸盘安装板、吸盘安装板的上下两端设有真空吸盘，真空吸盘与真空发生器配合连接，遮光安装臂的一端与吸盘安装板连接、其另一端与正反牙夹紧模组滑动连接，正反牙夹紧模组上设有正反转电机，通过电机的正反转驱动两个遮光安装臂以及与其连接的两个吸盘安装板同步相向运动或者背向运动。
优选的，成像平台的旁边设有拆水盒结构，所述拆水盒结构包括水盒托盘，水盒托盘的一端滑动连接在导轨上，水盒托盘的另一端设有用于放置接水盒的凹槽，水盒托盘在驱动机构的带动下沿导轨滑动用于将凹槽内的接水盒放入栽培底座的下方或者从栽培底座的下方取出。
优选的，所述夹取移动组件通过滑轨在进样区与成像平台之间以及成像平台与出样区之间滑动；
所述夹取移动组件包括固定安装板、移动座和两个托爪，所述移动座滑动连接在进样区与成像平台之间以及成像平台与出样区之间的滑轨上，所述固定安装板的一侧安装在移动座上并能够沿移动座上下滑动；两个托爪对称设置在固定安装板的另一侧并且与固定安装板构成水平移动副，固定安装板上安装有用于驱动两个托爪同步相向运动或者背向运动的驱动机构。
优选的，所述外管拍照相机包括拍照相机和相机安装架，拍照相机设置在相机安装架上，拍照相机和相机安装架之间还设有拍照相机调整机构。
优选的，所述透明根系栽培容器拍照系统还包括外管拍照补光灯，所述外管拍照补光灯包括灯条、安装杆、水平安装板，所述灯条设在安装杆上，安装杆滑动连接在水平安装板上使其在水平方向上远离或靠近成像平台。
优选的，所述旋转拍照装置包括设置在成像平台表面的旋转工作台，所述旋转工作台上部依次设置定位座垫高环、栽培容器定位座，所述内壁成像立柱的底端依次穿过所述栽培容器定位座、定位座垫高环和旋转工作台中心的通孔固定在提升模组安装板上并能够沿提升模组安装板上下滑动，所述内壁成像立柱的上部安装有接触式图像传感器。
优选的，所述栽培容器定位座包括底座，底座的中心通孔处设有用于容纳栽培底座下方的接水盒以及水盒托盘设有凹槽端的容纳腔，水盒托盘设有凹槽的一端从底座中心通孔的一侧伸入该容纳腔的底部，底座的上方设有定位块。
本发明采用以上技术方案，其具有如下优点：1、本发明通过夹取移动组件在成像过程中将透明根系栽培容器在进样区、成像平台、出样区之间进行轮转，实现透明根系栽培容器的高通量、自动化实时监测获取。2、本发明在成像区设置旋转拍照装置和外管拍照相机，实现对每个透明根系栽培容器内壁和外壁同时进行自动化成像，全方位、多角度、自动化实时监测获取作物根系图像。3、本发明采用旋转拍照装置旋转拍照装置与外管拍照相机相结合的方式，对透明根系栽培容器的内壁和外壁360度成像来收集作物的表型信息，能够将在成像范围内的所有根系都进行成像，成像速度快，成像更加准确。
附图说明
图１为本发明透明根系栽培容器拍照系统的结构示意图；
图２为本发明透明根系栽培容器的结构示意图；
图３为图２的主视图；
图４为图３中Ａ－Ａ剖面图；
图５为本发明遮光罩拆装机构的结构示意图；
图６为本发明旋转工作台和拆水盒结构的结构示意图；
图７为本发明夹取移动组件的结构示意图；
图８为本发明外管拍照相机和外管拍照补光灯的结构示意图；
图９为本发明内壁成像立柱的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。本发明未提及部分均为现有技术。
参见图1，本发明提供的透明根系栽培容器拍照系统，包括成像区3，所述成像区包括成像平台14、旋转拍照装置、外管拍照相机6和夹取移动组件7；旋转拍照装置：对成像平台14上待观察的透明根系栽培容器8内壁的根系进行成像；外管拍照相机6：对成像平台14上待观察的透明根系栽培容器8外壁的根系进行成像；夹取移动组件7：用于将待观察的透明根系栽培容器8从进样区运移至成像平台3，将成像后的透明根系栽培容器8从成像平台14运移至出样区。成像区3的底部四角可以设置行走轮1，便于对其进行移动。
进一步的，参见图2至图4，透明根系栽培容器8包括栽培底座8-5、栽培容器本体、遮光盖8-2和遮光罩；栽培容器本体包括透明内筒8-9、透明外筒8-8和透明顶盖8-7，透明外筒8-8上下开放，所述透明内筒8-9和透明外筒8-8相互嵌套并固定在栽培底座8-5上，透明内筒8-9的顶部设置透明顶盖8-7，透明内筒8-9和透明外筒8-8之间形成根系环形栽培空间，在根系环形栽培空间的上方设置遮光盖8-2，在栽培底座8-5上还开设与透明内筒8-9的内腔连通的中心孔（图中未画出）。使用时，在根系环形栽培空间内填充土壤，在土壤3～4cm深处播种，作物根系在土壤内生长。栽培底座8-5的下方设有接水盒8-6；遮光罩设在遮光盖8-2和栽培底座8-5之间，遮光罩包括可拆卸连接的左遮光罩8-3和右遮光罩8-1，左遮光罩8-3和右遮光罩8-1形成中空的矩形结构，栽培容器本体设在该空腔内。优选的卡合结构为：将左遮光罩8-3和右遮光罩8-1向外用力拉时可以将左遮光罩8-3和右遮光罩8-1分开，左遮光罩8-3和右遮光罩8-1靠在一起用力挤压时可以将左遮光罩8-3和右遮光罩8-1卡合。当需要对栽培容器本体内的植物根系进行成像时，只需将左遮光罩或者右遮光罩拆开即可，成像完后将左遮光罩8-3和右遮光罩8-1卡合在一起。左遮光罩8-3和右遮光罩8-1上可以设置挂销套8-4，每个遮光罩上设置两个、分别设在该遮光罩的两侧。
优选的，透明内筒为壁厚2mm、高600mm的透明圆筒，透明外筒为PC（聚碳酸酯）材质透明圆筒，壁厚为2mm，高为700mm，透明顶盖为壁厚2mm、高50mm的透明圆锥盖。
优选的，在栽培底座上开设有与根系环形栽培空间连通的通孔（图中未画出），以方便透明外筒8-8和透明内筒8-9底部多余水分渗出，避免栽培容器本体的底部滞水。栽培底座8-5的下方设有接水盒8-6，透明外筒8-8和透明内筒8-9底部渗出的多余水分流出后进入接水盒8-6，不至于弄脏地面。
优选的，为了方便接水盒8-6从栽培底座8-5的下方放置和取出，栽培底座8-5的底部连接有第一匚形夹口8-11和第二匚形夹口8-10，第一匚形夹口8-11的开口端朝向第二匚形夹口8-10的开口端形成一个夹腔，接水盒8-6放置在该夹腔内。
优选的，第一匚形夹口8-11和第二匚形夹口8-10的上横板均与栽培底座8-5连接，第一匚形夹口8-11和第二匚形夹口8-10的下横板的前后两端均设有倒锥，4个倒锥之间形成放置空间；接水盒8-6为圆柱形结构的筒体，所述筒体上端开口，其开口端沿其圆周方向设有向外延伸的延伸部8-12，该延伸部8-12放置在所述放置空间内；放置时，接水盒8-6的延伸部8-12从略高于倒锥顶部的位置插入第一匚形夹口8-11和第二匚形夹口8-10形成的夹腔内，当夹腔位于接水盒中间位置时，放下接水盒8-6使延伸部8-12放置在所述放置空间内；由于第一匚形夹口8-11和第二匚形夹口8-10下横板的前后两端设有倒锥，接水盒的延伸部8-12放置在所述放置空间内避免接水盒发生移动而滑落。
当需要对前述透明根系栽培容器内壁、外壁的根系进行成像时，需要将栽培容器本体外的遮光罩、栽培底座下方的接水盒进行拆除，以进行透明根系栽培容器内壁、外壁的根系进行成像；因此本发明提供的透明根系栽培容器拍照系统还包括遮光罩拆装机构和拆水盒结构。
进一步的，参见图5，遮光罩拆装机构9设在成像平台14的旁边，用于将栽培容器本体外的遮光罩进行拆除，以进行待观察的透明根系栽培容器外壁的根系进行成像。遮光罩拆装机构包括支架和真空吸盘夹具，所述真空吸盘夹具滑动连接在支架上以使真空吸盘夹具在水平方向上远离或靠近成像平台14；真空吸盘夹具包括安装座9-10、左夹具和右夹具，左夹具和右夹具对称设置在安装座9-10上并且与安装座9-10构成水平移动副，安装座9-10上安装有用于驱动左夹具和右夹具同步相向运动或者背向运动的驱动机构。
进一步的，遮光罩拆装机构9包括支架和真空吸盘夹具，支架包括开合支架9-1，设在开合支架9-1上方的直线电机模组，直线电机模组采用现有的，直线电机模组上设有直线导轨9-12以及与直线导轨9-12连接的滑座9-13。真空吸盘夹具包括安装座9-10、正反牙夹紧模组9-2、左夹具和右夹具，安装座9-10与直线导轨9-12上的滑座9-13连接，直线电机模组上的电机9-11驱动安装座9-10沿直线导轨9-12滑动从而使得安装座9-10在水平方向上远离或靠近成像平台14。正反牙夹紧模组9-2采用市售的，左夹具和右夹具均包括遮光安装臂9-3、吸盘安装板9-4、吸盘安装板9-4的上下两端设有真空吸盘9-6，真空吸盘9-6与真空发生器（图中未画出）配合连接，遮光安装臂9-3的一端与吸盘安装板9-4连接、其另一端与正反牙夹紧模组9-2滑动连接，正反牙夹紧模组9-2上设有正反转电机9-14，通过电机的正反转驱动两个遮光安装臂9-3以及与其连接的两个吸盘安装板9-4同步相向运动或者背向运动。优选的，吸盘安装板9-4的上下两端还可以设置与遮光罩上的挂销套8-4相匹配的挂销9-5，不仅可以起到定位的作用，另外左遮光罩和右遮光罩被真空吸盘吸牢拆开后，与挂销套8-4相匹配的挂销9-5可以分担左遮光罩和右遮光罩的重量，从而延长真空吸盘的使用寿命。
进一步的，安装座9-10上的竖直方向设有滑轨（图中未画出），正反牙夹紧模组9-2通过滑块9-9连接在该滑轨上，安装座9-10上的电机9-8驱动正反牙夹紧模组9-2沿安装座9-10的竖直方向滑动，以实现对吸盘安装板9-4在竖直方向进行调整。
工作时，控制正反转电机9-14驱动与正反牙夹紧模组9-2连接的两个遮光安装臂9-3带动两个吸盘安装板9-4同步背向运动，直至两个吸盘安装板9-4的距离大于透明根系栽培容器8的宽度；控制直线电机模组上的电机9-11驱动安装座9-10沿直线导轨9-12往靠近成像平台14的方向滑动，同时控制安装座9-10上的电机9-8驱动正反牙夹紧模组9-2沿安装座9-10上的竖直滑轨滑动，直至两个吸盘安装板9-4上的挂销9-5正对成像平台14上透明根系栽培容器8左遮光罩和右遮光罩上的挂销套8-4；控制正反转电机9-14驱动与正反牙夹紧模组9-2连接的两个遮光安装臂9-3带动两个吸盘安装板9-4同步相向运动进而把真空吸盘9-6与左遮光罩8-3和右遮光罩8-1抵紧、同时吸盘安装板9-4上的挂销9-5插入挂销套8-4中，这时真空发生器工作，进行抽吸，使真空吸盘9-6内产生负压，进而将左遮光罩8-3和右遮光罩8-1吸牢；待真空吸盘9-6将左遮光罩8-3和右遮光罩8-1吸牢后，正反转电机9-14驱动与正反牙夹紧模组9-2连接的两个遮光安装臂9-3带动两个吸盘安装板9-4同步背向运动进而把左遮光罩和右遮光罩拆开，然后控制直线电机模组上的电机9-11驱动安装座9-10沿直线导轨9-12滑动带动左遮光罩8-3和右遮光罩8-1远离成像平台14，以便成像平台14上透明根系栽培容器8进行成像。待成像平台14上透明根系栽培容器8成像完成后，控制直线电机模组上的电机9-11驱动安装座9-10沿直线导轨9-12滑动带动左遮光罩8-3和右遮光罩8-1滑向成像平台14，控制安装座9-10上的电机9-8驱动正反牙夹紧模组9-2沿安装座上的竖直滑轨滑动，直至两个吸盘安装板9-4上的左遮光罩8-3和右遮光罩8-1位于成像平台14上透明根系栽培容器8的遮光盖8-2和栽培底座8-5之间、并且左遮光罩8-3上的卡合位置正对着右遮光罩8-1上的卡合位置，控制正反转电机9-14驱动与正反牙夹紧模组9-2连接的两个遮光安装臂9-3带动两个吸盘安装板9-4同步相向运动进而把真空吸盘9-6上的左遮光罩8-3和右遮光罩8-1卡合，待左遮光罩和右遮光罩卡紧后，真空发生器工作，对真空吸盘9-6进行充气，使真空吸盘9-6变为正压，与左遮光罩和右遮光罩进行分离；控制正反转电机9-14驱动与正反牙夹紧模组9-2带动两个吸盘安装板9-4同步背向运动进而远离左遮光罩8-3和右遮光罩8-1，同时控制直线电机模组上的电机9-11驱动安装座9-10沿直线导轨9-12滑动远离成像平台14。
进一步的，参见图6，成像平台14的旁边还设有拆水盒结构5，用于将栽培底座下方的接水盒取出或放入，拆水盒结构包括水盒托盘5-6，水盒托盘5-6的一端滑动连接在导轨5-2上，水盒托盘5-6的另一端设有用于放置接水盒的凹槽5-7，水盒托盘5-6在驱动机构5-4的带动下沿导轨5-2滑动用于将凹槽5-7内的接水盒放入栽培底座的下方或者从栽培底座的下方取出。如果水盒托盘的高度低于成像平台时，可以在水盒托盘5-6与导轨5-2之间设置拆水盒垫高板5-5；拆水盒垫高板5-5的顶部与水盒托盘5-6的一端连接，其底部与导轨5-2滑动连接。驱动机构5-4可以采用气缸，导轨5-2的一侧设有接近开关5-3，用于感应水盒托盘5-6的滑动距离。
进一步的，参加图7，夹取移动组件7通过滑轨在进样区与成像平台14之间以及成像平台14与出样区之间滑动。进样区与出样区可以在同一个地方，也可以在不同的地方。本发明以进样区和出样区在同一个地方为例，即将进样区处的待观察的透明根系栽培容器送至成像平台14成像，成像后的透明根系栽培容器送回原来的地方；进样区设有用于放置透明根系栽培容器8的定位工装11。在进样区与成像平台14之间设有两条平行的滑轨12，两条平行的滑轨12分别设在成像平台14的两侧，该滑轨14延伸至整个成像区3，成像区3上设有用于驱动夹取移动组件7沿滑轨12滑动的驱动装置2。优选的，遮光罩拆装机构9和外管拍照相机6设在两条平行的滑轨12的外侧并且位于成像平台14的两侧，拆水盒结构5设在两条平行的滑轨12内，拆水盒结构5上的导轨5-2与滑轨12平行。夹取移动组件包括固定安装板7-2、移动座7-6和两个托爪7-12，所述移动座7-6滑动连接在两条平行的滑轨12上，所述固定安装板7-2的一侧安装在移动座7-6上并能够沿移动座7-6上下滑动；两个托爪7-12对称设置在固定安装板7-2的另一侧并且与固定安装板7-2构成水平移动副，固定安装板7-2上安装有用于驱动两个托爪7-12同步相向运动或者背向运动的驱动机构。
进一步的，参加图7，夹取移动组件7包括固定安装板7-2、移动座7-6和两个托爪7-12，移动座7-6的一侧连接有两条相互平行的竖直滑轨7-5，固定安装板7-2的一侧分别通过滑块7-13与两条相互平行的竖直滑轨7-5连接，移动座7-6上还设有用于驱动固定安装板7-2沿两条相互平行的竖直滑轨7-5在移动座的竖直方向滑动的驱动机构7-4，驱动机构优选为气缸。固定安装板7-2的另一侧连接有两条相互平行的水平滑轨7-3和双向气缸7-1，两个托爪安装板7-8的上下两端通过滑块7-7分别与两条水平滑轨7-3连接，两个托爪7-12对称设置在两个托爪安装板7-8上，双向气缸7-1驱动滑块7-7带动两个托爪7-12同步相向运动或者背向运动，从而实现透明根系栽培容器8的夹取和放下。夹取时，为了使透明根系栽培容器更加稳固并且不容易发生晃动，各个托爪的中部设有支撑条7-10、前后端均设有挡板7-11，前后端两个挡板7-11的距离与透明根系栽培容器的栽培底座两端的距离相匹配，夹取时四个挡板刚好构成可以容纳栽培底座的容纳空间。两条水平滑轨7-3的内侧与外侧均对称设置有限位块7-9，用于对滑块7-7的滑动距离进行限制。
进一步的，参见图8，外管拍照相机6包括拍照相机6-9和相机安装架，拍照相机6-9设置在相机安装架上，拍照相机和相机安装架之间还设有拍照相机调整机构，拍照时，便于实际需要对拍照相机的角度等进行调整。
进一步的，参见图8，外管拍照相机6包括相机安装架，相机安装架包括相机安装杆6-5，拍照固定架6-1、光轴和调整连接块，拍照固定架6-1设在成像区成像平台14的附近，第一光轴6-2的一端与拍照固定架6-1连接、其另一端通过第一调整连接块6-3与第二光轴6-4的一端连接、第二光轴6-4的另一端通过第二调整连接块6-6与相机安装杆6-5连接，拍照相机6-9设置在相机安装杆6-5上，通过设置第一调整连接块6-3和第二调整连接块6-6可以对拍照相机6-9进行不同方向的调整，以满足拍照的需要。拍照相机6-9上还可以设计相机保护罩6-7以对相机进行保护，另外，为了增加相机安装架的稳固性，可以采用一连接板6-8将第二光轴6-4的上端与外管拍照补光灯上的安装架4-1连接。
进一步的，参见图8，本发明提供的透明根系栽培容器拍照系统还包括外管拍照补光灯4，以便在外管拍照相机6工作时进行补光，外管拍照补光灯4设在外管拍照相机6附近，外管拍照补光灯包括灯条4-5、安装杆4-8、水平安装板4-2，所述灯条4-5设在安装杆4-8上，安装杆4-8滑动连接在水平安装板4-2上使其在水平方向上远离或靠近成像平台14；使外管拍照补光灯4可以根据实际需要进行补光。
进一步的，参见图8，外管拍照补光灯4包括灯条4-5、灯条支架4-6、安装杆4-8、灯座连接板4-4、水平安装板4-2、安装架4-1，水平安装板4-2与安装架4-1连接，灯条4-5有两条，安装在灯条支架4-6上，灯条支架4-6的上下两端通过灯座连接板4-4连接在竖直安装杆4-8上，安装杆4-8穿设在滑块4-3上，该滑块4-3与水平安装板4-2连接，水平安装板4-2上还设有驱动滑块4-3滑动的驱动机构4-7，该驱动机构4-7优选为气缸；气缸驱动安装杆4-8沿水平安装板4-2在水平方向滑动，当补光光线弱于所需光线时，气缸驱动安装杆4-8上的灯条4-5往靠近成像平台14的方向滑动，当补光光线强于所需光线时，气缸驱动安装杆4-8上的灯条4-5往远离成像平台14的方向滑动；根据实际补光需要，对安装杆4-8上的灯条4-5在水平方向进行调整。
进一步的，参见图6和图9，旋转拍照装置包括设置在成像平台14表面的旋转工作台10，所述旋转工作台10上部依次设置定位座垫高环10-2、栽培容器定位座10-3，所述内壁成像立柱13的底端依次穿过所述栽培容器定位座10-3、定位座垫高环10-2和旋转工作台10中心的通孔固定在提升模组安装板13-6上并能够沿提升模组安装板13-6上下滑动，所述内壁成像立柱13的上部安装有接触式图像传感器13-8。
进一步的，参见图6和图9，旋转拍照装置包括设置在成像平台表面的旋转工作台10，旋转工作台优选的采用回转支承轴承10-1，回转支承轴承10-1在伺服电机10-4的带动下旋转，回转支承轴承10-1的旁边还设有光电传感器10-5；回转支承轴承10-4的上部依次设置定位座垫高环10-2、栽培容器定位座10-3；内壁成像立柱13的底端依次穿过所述栽培容器定位座10-3、定位座垫高环10-2和回转支承轴承10-4中心的通孔固定在提升模组安装板13-6上并能够沿提升模组安装板13-6上下滑动，提升模组安装板13-6设在成像平台14的下方。在内壁成像立柱13的上部安装有接触式图像传感器13-8（Contact Image sensor，简称CIS），使用时，透明根系栽培容器8放置在栽培容器定位座10-3上，内壁成像立柱13沿提升模组安装板13-6向上滑动、其上部竖直伸入栽培容器的内筒的内腔内，伺服电机10-4带动回转支承轴承10-1转动、从而带动定位座垫高环10-2及栽培容器定位座10-3上的栽培容器一起转动，接触式图像传感器13-8对栽培容器内壁的根系进行成像；成像完后，内壁成像立柱13沿提升模组安装板13-6向下滑动、从栽培容器的内筒的内腔内退出。
进一步的，提升模组安装板13-6沿其竖直方向设有滑轨13-5，内壁成像立柱的一端设有安装板13-4，该安装板13-4通过滑座13-1与提升模组安装板13-6上的滑轨13-5连接，提升模组安装板13-6上还设有用于驱动内壁成像立柱13沿提升模组安装板13-6上下滑动的电机13-2。
进一步地，为使内壁成像立柱上下滑动时更加稳固，在安装板13-4上设有加强筋13-3。
进一步地，为方便CIS的安装，在内壁成像立柱上设置有CIS连接块13-9。
进一步地，为在旋转时稳定CIS与栽培容器的透明内筒侧壁的间距，在内壁成像立柱13的上部安装一旋转导轮组件13-7，所述旋转导轮组件13-7优选为福来轮组件。
进一步的，参见图6，栽培容器定位座10-3包括底座，底座的中心通孔10-7处设有用于容纳栽培底座8-5下方的接水盒8-6以及水盒托盘5-6设有凹槽端的容纳腔10-8，水盒托盘5-6设有凹槽5-7的一端从底座中心通孔10-7的一侧伸入该容纳腔10-8的底部，水盒托盘5-6上的凹槽5-7位于容纳腔10-8的中心，底座的上方设有定位块10-10。
进一步的，底座中心通孔10-7处的容纳腔用于容纳栽培底座8-5下方的第一匚形夹口8-11、第二匚形夹口8-10和接水盒8-6、水盒托盘5-6设有凹槽5-7的一端，水盒托盘5-6设有凹槽5-7的一端从底座中心通孔10-7的一侧伸入该容纳腔10-8的底部，底座中心通孔10-7的另一侧设有限位槽10-6，对水盒托盘5-6的伸入位置进行限位。第一匚形夹口8-11、第二匚形夹口8-10和接水盒8-6放置在容纳腔时，第一匚形夹口8-11、第二匚形夹口8-10位于水盒托盘5-6沿底座伸入方向的两侧；水盒托盘5-6设有凹槽5-7的一端从底座中心通孔10-7的一侧伸入该容纳腔10-8的底部时，水盒托盘5-6将位于凹槽5-7内、栽培底座下方的接水盒8-6略微顶起，便于接水盒8-6从栽培底座下方取出。底座的上方设有四个用于放置栽培底座的定位块10-10，对角线方面上的两个定位块上设有定位销10-9，透明根系栽培容器上设有与其相匹配的定位槽(图中未画出)；透明根系栽培容器放置在栽培容器定位座时，对其位置进行定位。
本发明的使用过程如下：
控制拆水盒结构5上的气缸驱动水盒托盘5-6向成像平台14滑动，水盒托盘5-6设有凹槽5-7的一端从底座中心通孔10-7的一侧伸入容纳腔10-8的底部，直至其端部位于限位槽10-6内。
控制成像区3上的驱动装置2驱动夹取移动组件7整体滑动至进样区中待观察透明根系栽培容器的正前方，控制移动座7-6上的气缸驱动固定安装板7-2沿移动座7-6向下滑动，直至固定安装板7-2上的两个托爪7-12降低至透明根系栽培容器8的栽培底座8-5下方，再驱动夹取移动组件7整体向透明根系栽培容器8方向移动直至两个托爪7-12位于栽培底座8-5正下方；然后控制固定安装板7-2沿移动座7-6向上运动，两个托爪7-12随固定安装板7-2向上运动并托起透明根系栽培容器8，同时通过固定安装板7-2上的双向气缸7-1驱动滑块7-7带动两个托爪7-12同步相向运动夹紧栽培底座8-5。之后，驱动夹取移动组件7整体带动透明根系栽培容器8向成像平台14移动，结合固定安装板7-2沿移动座7-6上下滑动，使得透明根系栽培容器8位于栽培容器定位座10-3上四个定位块10-10的正上方，在控制固定安装板7-2沿移动座7-6向下滑动、同时通过固定安装板7-2上的双向气缸7-1驱动滑块7-7带动两个托爪7-12同步背向运动放下栽培底座8-5，使透明根系栽培容器8放置在四个定位块10-10上，控制成像区3上的驱动装置2驱动夹取移动组件7整体滑动驶离透明根系栽培容器8。
控制拆水盒结构5上的气缸驱动水盒托盘5-6向远离成像平台14的方向滑动，水盒托盘5-6带动其凹槽5-7的接水盒8-6从底座中心通孔10-7的容纳腔10-8内滑出，将接水盒8-6从栽培底座8-5的下方取出。
控制遮光罩拆装机构9上的正反转电机9-14驱动与正反牙夹紧模组9-2连接的两个遮光安装臂9-3带动两个吸盘安装板9-4同步背向运动，直至两个吸盘安装板9-4的距离大于透明根系栽培容器8的宽度；直线电机模组上的电机9-11驱动安装座9-10滑向成像平台14，同时安装座9-10上的电机9-8驱动正反牙夹紧模组9-2沿安装座9-10上下滑动，直至两个吸盘安装板9-4上的挂销9-5正对成像平台上透明根系栽培容器8左遮光罩8-3和右遮光罩8-1上的挂销套8-4；控制正反转电机9-14驱动与正反牙夹紧模组9-2连接的两个遮光安装臂9-3带动两个吸盘安装板9-4同步相向运动进而把真空吸盘9-6与左遮光罩8-3和右遮光罩8-1抵紧，这时真空发生器工作，进行抽吸，使真空吸盘9-6内产生负压，进而将左遮光罩8-3和右遮光罩8-1吸牢；待真空吸盘9-6将左遮光罩8-3和右遮光罩8-1吸牢后，控制正反转电机9-14驱动与正反牙夹紧模组9-2连接的两个遮光安装臂9-3带动两个吸盘安装板9-4同步背向运动进而把左遮光罩8-3和右遮光罩8-1拆开，然后控制直线电机模组上的电机9-11驱动安装座9-10沿直线导轨滑动带动左遮光罩8-3和右遮光罩8-1驶离成像平台14，以便成像平台14上透明根系栽培容器8进行成像。
控制提升模组安装板13-6上的电机13-2驱动内壁成像立柱13沿提升模组安装板13-6向上滑动、内壁成像立柱13的上部依次穿过回转支承轴承10-1、定位座垫高环10-2和栽培容器定位座10-3中心的通孔竖直伸入栽培容器的内筒的内腔内，伺服电机10-4带动回转支承轴承10-1转动、从而带动定位座垫高环10-2及栽培容器定位座10-3上的栽培容器一起旋转，旋转过程中通过CIS和外管拍照相机同时对透明根系栽培容器的内壁和外壁的根系进行成像。成像过程中还可以通过外管拍照补光灯进行补光。
成像结束后，控制内壁成像立柱沿提升模组安装板13-6向下滑动、依次从栽培容器的内筒的内腔、栽培容器定位座10-3、定位座垫高环10-2和回转支承轴承10-1中心的通孔中退出。
控制直线电机模组上的电机9-11驱动安装座9-10沿直线导轨9-12滑动带动左遮光罩8-3和右遮光罩8-1滑向成像平台14，控制安装座9-10上的电机9-8驱动正反牙夹紧模组9-2沿安装座9-10上下滑动，直至两个吸盘安装板9-4上的左遮光罩8-3和右遮光罩8-1正对着成像平台14上透明根系栽培容器8的遮光盖8-2和栽培底座8-5之间、并且左遮光罩8-3上的卡合位置正对着右遮光罩8-1上的卡合位置，控制正反转电机驱动9-14与正反牙夹紧模组9-2连接的两个遮光安装臂9-3带动两个吸盘安装板9-4同步相向运动进而把真空吸盘9-6上的左遮光罩8-3和右遮光罩8-1嵌在遮光盖8-2和栽培底座8-5之间并进行卡合，待左遮光罩8-3和右遮光罩8-1卡紧后，控制真空发生器对真空吸盘进行充气，使真空吸盘9-6变为正压、与左遮光罩8-3和右遮光罩8-1进行分离；控制正反转电机驱动9-14与正反牙夹紧模组9-2连接的两个遮光安装臂9-3带动两个吸盘安装板9-4同步背向运动进而远离左遮光罩8-3和右遮光罩8-1，同时直线电机模组上的电机9-11驱动安装座9-10沿直线导轨9-12滑动远离成像平台14。
控制拆水盒结构5上的气缸驱动水盒托盘5-6向成像平台14的方向滑动，水盒托盘5-6带动其凹槽5-7内的接水盒8-6从底座中心通孔10-7的一侧伸入容纳腔10-8的底部，将接水盒8-6放置在栽培底座8-5的下方。
控制成像区3上的驱动装置2驱动夹取移动组件7整体滑动至成像平台14上透明根系栽培容器8的正前方，控制移动座7-6上的气缸驱动固定安装板7-2沿移动座7-6向下滑动，直至固定安装板7-2上的两个托爪7-12降低至透明根系栽培容器8的栽培底座8-5下方，再驱动夹取移动组件7整体向透明根系栽培容器8方向移动直至两个托爪7-12位于栽培底座8-5正下方；然后控制固定安装板7-2沿移动座7-6向上运动，两个托爪7-12随固定安装板7-2向上运动并托起透明根系栽培容器8，同时通过固定安装板7-2上的双向气缸7-1驱动滑块7-7带动两个托爪7-12同步相向运动夹紧栽培底座8-5。
之后，驱动夹取移动组件7整体带动透明根系栽培容器8向进样区移动，结合固定安装板7-2沿移动座7-6上下滑动，使得透明根系栽培容器8位于进样区定位工装11的正上方，再控制固定安装板7-2沿移动座7-6向下滑动、同时通过固定安装板7-2上的双向气缸7-1驱动滑块7-7带动两个托爪7-12同步背向运动放下栽培底座8-5，使已成像透明根系栽培容器8放置在定位工装11上，控制成像区3上的驱动装置2驱动夹取移动组件7整体滑动驶离透明根系栽培容器8，将定位工装11上已成像的透明根系栽培容器输出至其他区域，将下一个待成像的透明根系栽培容器放置在进样区的定位工装11上。重复上述步骤。
本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置及其连接都是可以有所变化的。在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进或等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (10)
1.一种透明根系栽培容器拍照系统，其特征在于包括成像区，所述成像区包括成像平台、旋转拍照装置、外管拍照相机和夹取移动组件；
旋转拍照装置：对成像平台上待观察的透明根系栽培容器内壁的根系进行成像；
外管拍照相机：对成像平台上待观察的透明根系栽培容器外壁的根系进行成像；
夹取移动组件：用于将待观察的透明根系栽培容器从进样区运移至成像平台，将成像后的透明根系栽培容器从成像平台运移至出样区。
2.根据权利要求1所述的明根系栽培容器拍照系统，其特征在于，所述透明根系栽培容器包括栽培底座、栽培容器本体、遮光盖和遮光罩；
所述栽培容器本体包括透明内筒、透明外筒和透明顶盖，透明外筒上下开放，所述透明内筒和透明外筒相互嵌套并固定在栽培底座上，透明内筒的顶部设置透明顶盖，透明内筒和透明外筒之间形成根系环形栽培空间，在根系环形栽培空间的上方设置遮光盖，栽培底座上开设有与所述透明内筒的内腔连通的中心孔，栽培底座的下方设有接水盒；
所述遮光罩设在遮光盖和栽培底座之间，遮光罩包括可拆卸连接的左遮光罩和右遮光罩，左遮光罩和右遮光罩形成中空的矩形结构，栽培容器本体设在该空腔内。
3.根据权利要求2所述的透明根系栽培容器拍照系统，其特征在于，成像平台的旁边设有遮光罩拆装机构，所述遮光罩拆装机构包括支架和真空吸盘夹具，所述真空吸盘夹具滑动连接在支架上以使真空吸盘夹具在水平方向上远离或靠近成像平台；
所述真空吸盘夹具包括安装座、左夹具和右夹具，左夹具和右夹具对称设置在安装座上并且与安装座构成水平移动副，安装座上安装有用于驱动左夹具和右夹具同步相向运动或者背向运动的驱动机构。
4.根据权利要求3所述的透明根系栽培容器拍照系统，其特征在于，所述遮光罩拆装机构包括支架和真空吸盘夹具，支架包括开合支架，设在开合支架上方的直线电机模组，直线电机模组上设有直线导轨以及与直线导轨连接的滑座；
真空吸盘夹具包括安装座、正反牙夹紧模组、左夹具和右夹具，安装座与直线导轨上的滑座连接，直线电机模组上的电机驱动安装座沿直线导轨滑动从而使得安装座在水平方向上远离或靠近成像平台；左夹具和右夹具均包括遮光安装臂、吸盘安装板，吸盘安装板的上下两端设有真空吸盘，真空吸盘与真空发生器配合连接，遮光安装臂的一端与吸盘安装板连接、其另一端与正反牙夹紧模组滑动连接，正反牙夹紧模组上设有正反转电机，通过电机的正反转驱动两个遮光安装臂以及与其连接的两个吸盘安装板同步相向运动或者背向运动。
5.根据权利要求2所述的透明根系栽培容器拍照系统，其特征在于，成像平台的旁边设有拆水盒结构，所述拆水盒结构包括水盒托盘，水盒托盘的一端滑动连接在导轨上，水盒托盘的另一端设有用于放置接水盒的凹槽，水盒托盘在驱动机构的带动下沿导轨滑动用于将凹槽内的接水盒放入栽培底座的下方或者从栽培底座的下方取出。
6.根据权利要求1至5任一项所述的透明根系栽培容器拍照系统，其特征在于，所述夹取移动组件通过滑轨在进样区与成像平台之间以及成像平台与出样区之间滑动；
所述夹取移动组件包括固定安装板、移动座和两个托爪，所述移动座滑动连接在进样区与成像平台之间以及成像平台与出样区之间的滑轨上，所述固定安装板的一侧安装在移动座上并能够沿移动座上下滑动；两个托爪对称设置在固定安装板的另一侧并且与固定安装板构成水平移动副，固定安装板上安装有用于驱动两个托爪同步相向运动或者背向运动的驱动机构。
7.根据权利要求1至5任一项所述的透明根系栽培容器拍照系统，其特征在于，所述外管拍照相机包括拍照相机和相机安装架，拍照相机设置在相机安装架上，拍照相机和相机安装架之间还设有拍照相机调整机构。
8.根据权利要求1至5任一项所述的透明根系栽培容器拍照系统，其特征在于，还包括外管拍照补光灯，所述外管拍照补光灯包括灯条、安装杆、水平安装板，所述灯条设在安装杆上，安装杆滑动连接在水平安装板上使其在水平方向上远离或靠近成像平台。
9.根据权利要求1或2所述的透明根系栽培容器拍照系统，其特征在于，所述旋转拍照装置包括设置在成像平台表面的旋转工作台，所述旋转工作台上部依次设置定位座垫高环、栽培容器定位座，所述内壁成像立柱的底端依次穿过所述栽培容器定位座、定位座垫高环和旋转工作台中心的通孔固定在提升模组安装板上并能够沿提升模组安装板上下滑动，所述内壁成像立柱的上部安装有接触式图像传感器。
10.根据权利要求9所述的透明根系栽培容器拍照系统，其特征在于，所述栽培容器定位座包括底座，底座的中心通孔处设有用于容纳栽培底座下方的接水盒以及水盒托盘设有凹槽端的容纳腔，水盒托盘设有凹槽的一端从底座中心通孔的一侧伸入该容纳腔的底部，底座的上方设有定位块。
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