CN114222044A - 一种面向复杂农田的全方位近地高通量表型图像采集平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种面向复杂农田的全方位近地高通量表型图像采集平台，包括主体结构，自走驱动装置，图像采集装置，控制系统。自走驱动装置是两个主动轮毂电机和两个从动轮组成，并通过螺栓连接在主体结构上，图像采集装置由横向滑台、纵向滑台、竖向滑台和传感器平台组成，三组滑台使传感器平台XYZ全方位移动，传感器平台包括激光雷达和三个光谱相机，两侧相机可以通过舵机控制旋转角度，通过电动推杆调整相机距离，实现同时植物冠层和底层全方位图像数据采集，信息采集装置可实现全方位近地高通量表型图像采集。控制系统有单片机和微电脑，实现图像采集装置整体控制和传感器数据实时监测。本发明结构简单，设计合理，能够实时、准确的实现面向复杂农田的全方位图像采集。
Description
技术领域
本发明涉及植物数据采集技术领域，具体涉及种面向复杂农田的全方位近地高通量表型图像采集平台。
背景技术
表型精准鉴定是培育突破性新品种、保障国家粮食安全的迫切需求。与飞速发展的基因组技术相比,目前农业表型性状获取手段主要依靠人工完成,存在低效、主观、可重复性差等缺点。由于缺乏足够的表型技术和方法去分析和挖掘现有成千上万份遗传资源,极大地制约了我国作物基因功能解码和育种进展,急需高通量精准的表型技术突破。
目前表型图像采集平台多种多样，例如无人机，田间表型平台，手持式表型设备等等，通过各种光学传感器例如可见光，近红外，激光雷达，热成像等可实现各种高通量图像采集。但是目前采集平台也存在不足，无人机平台虽然采集速度快，但图像信息细度不足，手持式表型设备智只能采集个别样本点信息，不能大范围采集，田间表型平台能采集细度的大面积图像数据，但大多数只针对冠层图像采集，而忽略了作物底层情况，没有同时进行全方位监测，而且农田环境复杂作物生长情况不一，采集平台需针对作物生长情况能进行弹性调整。因此需要研制一种面向复杂农田的全方位近地高通量表型图像采集平台。
发明内容：
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何开发一种适用于复杂农田的全方位表型图像采集平台，可进行高通量信息采集，并对农田作物生长过程进行不同高度、角度全方位监测。
为实现上述的发明目的，本发明提供一种面向复杂农田的全方位近地高通量表型图像采集平台，该平台包括主体结构(2)，自走驱动装置(7)，图像采集装置(1)，控制系统(4)。
进一步地，自走驱动装置(7)固定在主体结构(2)上。
进一步地，固定的方式为螺栓连接。
进一步地，自走驱动装置(7)是两个主动轮毂电机(8)和两个从动轮(6)组成。
进一步地，主体结构(2)由型材构成，型材通过角件及螺栓固定。
进一步地，图像采集装置(1)设有传感器平台(16)、横向滑台(10)、纵向滑台(11)、竖向滑台(9)。
进一步地，传感器平台(16)包括激光雷达(27)和三个光谱相机(28、29)。
进一步地，激光雷达(27)和中间相机(28)垂直固定采集冠层图像。
进一步地，两侧相机(29)通过舵机控制旋转角度，并安装刻度盘指示(260旋转角度。
进一步地，两侧相机通过电动推杆(25)调整相机距离。
进一步地，传感器平台(16)的激光雷达(27)和光谱相机(28、29)的固定都布置防抖云台。
进一步地，横向滑台(10)为两个横向导轨(13)，联轴器中间连接，电机(20)驱动实现传感器平台(16)横向移动。
进一步地，两个横向导轨(13)通过4个卡口固定在下位板(23)上。
进一步地，纵向滑台(11)为两侧纵向导轨(17)和中间丝杠(18)，电机(19)驱动中间丝杠使下位板(23)延两侧导轨(17)纵向移动。
进一步地，纵向导轨(17)分布两侧通过两个滑块(15)固定下位板(23)，丝杠(18)位于中间通过一个滑块固定下位板(23)。
进一步地纵向导轨(17)和中间丝杠(18)通过螺栓和支撑块固定在上位板(24)。
进一步地，上位板(24)通过两侧卡槽(21)和滑块(22)固定于在竖向滑台(9)，竖向滑台(9)为两侧丝杠(14)，联轴器中间连接，电机(12)驱动使上位板(24)延丝杠(14)上下移动。
进一步地，两侧丝杠(14)固定于主体结构(2)两侧的中间和顶部横梁。
进一步地，控制系统(4)由单片机(3)和微电脑(5)组成，无线控制通过串口与WiFi结合，使用单片机(3)直接将串口数据转成WiFi数据发送的方式实现所述图像采集装置(1)整体全方位的无线控制。
进一步地，无线控制主动轮毂电机(8)正反转、转速、转向。
进一步地，无线控制三个滑台电机(19、20、12)、正反转、转速。
进一步地，无线控制舵机旋转角度。
进一步地，无线控制推杆(24)伸缩长度。
进一步地，微电脑(5)设计参数控制软件，可方便的进行人机交换。
进一步地，微电脑有线传感器供电、控制采集图像并实时显示储存。
进一步地，三组滑台(9、10、11)使传感器平台(16)XYZ全方位移动。
进一步地，固定和可调的传感器可同时采集植物冠层和底层全方位图像数据。
附图说明
图1为本发明中一种面向复杂农田的全方位近地高通量表型图像采集平台的整体图其中1图像采集装置，2主体结构，3单片机，4控制系统，5微电脑，6从动轮，7自走驱动装置、8主动轮毂、9竖向滑台、10横向滑台、11纵向滑台。
图2为图像采集装置的结构图其中12竖向滑台电机、13横向导轨、14竖向丝杠、15滑块、16传感器平台、17纵向导轨、18纵向丝杠、19纵向滑台电机、20横向滑台电机、21卡槽、22滑块、23下位板、24上位板、
图3为传感器平台机构图其中25推杆、26刻度盘、27激光雷达、28中间相机、29两侧相机
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
实施例1
一种面向复杂农田的全方位近地高通量表型图像采集平台，具体结构如图1所示，该平台包括主体结构(2)，自走驱动装置(7)，图像采集装置(1)，控制系统(4)。自走驱动装置(7)是两个主动轮毂电机(8)和两个从动轮(6)组成，并螺栓连接在主体结构(2)上。图像采集装置(1)设有传感器平台(16)、横向滑台(10)、纵向滑台(11)、竖向滑台(9)，控制系统(4)由单片机(3)和微电脑(5)组成。
主体结构(2)由60*60型材构成，型材通过角件及螺栓固定。图像采集装置(1)的横向滑台(10)为两个横向导轨(13)，联轴器中间连接，电机(20)驱动实现传感器平台(16)横向移动，横向滑台(10)通过4个卡口固定在下位板(23)上，下位板(23)通过5滑块连接在纵向滑台(11)上，纵向滑台(11)为两侧纵向导轨(17)和中间丝杠(18)，电机(19)驱动中间丝杠(18)使下位板(23)延两侧导轨纵向移动，纵向滑台(11)通过螺栓连接固定在上位板(24)上，上位板(24)通过两侧卡槽(21)和滑块(22)固定于在竖向滑台(9)，竖向滑台(9)为两侧丝杠(14)，联轴器中间连接，电机(12)驱动使上位板(24)延丝杠上下移动。竖向滑台(9)固定于主体结构(2)两侧的中间和顶部横梁，三组滑台使传感器平台XYZ全方位移动，可精准对靶采集对象。
图像采集装置(1)的传感器平台(16)包括激光雷达(27)和三个光谱相机(28、29)。激光雷达(27)和中间相机(28)垂直固定可采集植物冠层图像；两侧相机(29)通过舵机控制旋转角度，并安装刻度盘(26)指示旋转角度，通过电动推杆(25)调整两侧相机距离，两侧可调相机可准确采集植物底层图像；固定和可调的传感器可同时采集植物冠层和底层全方位图像数据，传感器平台(16)的激光雷达(27)和光谱相机(28、29)的固定都布置防抖云台，提高数据采集稳定性。
控制系统(4)使用单片机(3)配备无线及蓝牙模块实现图像采集装置(1)整体全方位的无线控制。无线控制主动轮毂电机(8)正反转、转速、转向；控制三个滑台电机正反转、转速。控制舵机旋转角度；控制推杆(25)伸缩长度。微电脑(5)上设计参数控制软件，无线发送控制参数，可方便的进行人机交换；微电脑有线供电、控制传感器采集图像并实时显示储存。
实施例2
一种面向复杂农田的全方位近地高通量表型图像采集平台的使用方法：
步骤1、通电点击微电脑上参数控制软件的复位指令，使平台和相机调整到初始位置，检查各传感器工作状态是否正常；
步骤2，软件上设置平台和相机参数，并进行无线发送控制指令，打开传感器进行图像数据采集并实时显示。软件上设置参数包括，①主动轮毂电机正反转、转速、转向。②图像采集平台的XYZ三个方向的移动，其中X水平移动方向，水平方向调整精准对靶作物，Y为是延作物行的前进方向，Z为平台的垂直移动方向，调整采集高度。③两侧相机的旋转角度和推杆伸缩距离，采集植物冠层和底层全方位图像数据。
步骤3，图像采集结束点击暂停或结束，保存图像数据，以结束传感器的采集工作和平台的运动。
以上所述仅为本发明的较佳实施举例，并不用于限制本发明，凡在本发明原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种面向复杂农田的全方位近地高通量表型图像采集平台，其特征在于，包括主体结构(2)，自走驱动装置(7)，图像采集装置(1)，控制系统(4)，所述自走驱动装置(7)是两个主动轮毂电机(8)和两个从动轮(6)组成，并连接在主体结构(2)上，其主体结构(2)由型材构成，所述型材通过角件和螺栓固定；所述图像采集装置(1)由横向滑台(10)、纵向滑台(11)、竖向滑台(9)和传感器平台(16)组成，三组滑台使传感器平台XYZ全方位移动，以适应复杂农田植物生长情况。
2.如权利要求1所述的一种面向复杂农田的全方位近地高通量表型图像采集平台，其特征在于，所述传感器平台(16)包括激光雷达(27)和三个光谱相机(28、29)，所述激光雷达(27)和中间相机(28)垂直固定采集冠层图像；所述两侧相机(29)通过舵机控制旋转角度，以适应竖向滑台(9)竖直高度，实现对准作物底层采集图像；两侧相机(29)通过电动推杆(25)调整相机距离，以适应不同作物种植模式，实现对准植物采集图像；所述传感器平台(16)的激光雷达(27)和光谱相机(28、29)的固定都布置防抖云台，以提高数据采集的稳定性。
3.如权利要求1所述的一种面向复杂农田的全方位近地高通量表型图像采集平台，其特征在于，所述传感器平台(16)通过滑块固定横向滑台(10)上，横向滑台(10)为两个横向导轨(13)，联轴器中间连接，电机(20)驱动实现传感器平台(16)横向移动，调节对准作物行进行准确图像采集，两个横向导轨(13)通过4个卡口固定在下位板(23)上，下位板(23)通过滑块固定在纵向滑台(11)上，所述纵向滑台(11)为两侧纵向导轨(17)和中间丝杠(18)，电机(19)驱动中间丝杠(18)使下位板(23)延两侧导轨纵向移动，实现传感器(16)平台延作物行进行图像采集，纵向导轨(17)分布两侧通过两个滑块固定下位板(23)，丝杠(18)位于中间通过一个滑块固定下位板(23)，所述纵向导轨(17)和中间丝杠(18)通过螺栓和支撑块固定在上位板(24)，上位板(24)通过两侧卡槽(21)和滑块(22)固定于在竖向滑台(9)，竖向滑台(9)为两侧丝杠(14)，联轴器中间连接，电机(12)驱动使上位板(24)延丝杠(14)上下移动，实现不同高度的图像采集，两侧丝杠(14)固定于主体结构(2)两侧的中间和顶部横梁。
4.如权利要求1所述的一种面向复杂农田的全方位近地高通量表型图像采集平台，其特征在于，所述控制系统(4)由单片机(3)和微电脑(5)组成，将无线控制通过串口与WiFi结合，使用单片机(3)直接将串口数据转成WiFi数据发送的方式实现所述图像采集装置(1)整体全方位的无线控制，所述微电脑(5)上设计参数控制软件，无线发送控制参数，可方便的进行人机交换；微电脑有线供电、控制传感器采集图像并实时显示储存。
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Application publication date: 20220322 |