CN115152468A - 一种用于农业作物地下表型获取装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于农业作物地下表型获取装置及方法，属于作物地下表型分析技术领域。该用于农业作物地下表型获取装置包括透明容器，用于放置土壤以及农业作物；多个承托板，多个承托板间隙设置，承托板上开设有多个通孔，多个承托板上相对应的通孔的轴线在同一直线上，多个承托板可拆卸安装在透明容器的内壁上；遮光套，套设在透明容器外；转台，透明容器放置在转台上，以驱动透明容器周向转动；检测组件，检测组件用于透过透明容器以及间隙对农业作物根系进行扫描；驱动组件，检测组件安装在驱动组件上，以驱动检测组件在扫描的过程中移动。通过上述结构，本发明提供的用于农业作物地下表型获取装置能对农业作物生长不同阶段进行持续性检测。

Description

一种用于农业作物地下表型获取装置及方法

技术领域

本发明属于作物地下表型分析技术领域，特别涉及一种用于农业作物地下表型获取的装置与方法。

背景技术

为了培育优良的作物品种，需要在作物的生长过程中连续测量其因器官生长而导致的表型特征和生理参数的变化。作物表型特指农业领域在正常或人为控制环境下各生长阶段所表现出的可观察的外观特征。外观特征包含但不限如：形状、色彩、空间分布、纹理等性状，由作物的生长基因与环境状况同时作用；此外还包含农作物的农艺性状和植株的生理状态。表型研究的尺度可以微小到细胞序列，气孔形态等，也可大型至组织、群体属性等。表型研究大体可分为地上表型、地下表型以及微观表型，其中地上表型以及微观表型由于设备可轻易获取对应数据从而发展迅猛；相对的地下表型尤其植物根系由于需要密集劳动、高昂的设备配套以及可能需要破坏性采集等问题，发展较为缓慢。现有技术中的设备无法伴随植物生长不同阶段持续性检测作物的地下表型情况。

发明内容

本发明提供一种用于农业作物地下表型获取装置及方法，用于解决现有技术中的设备无法伴随农业作物生长不同阶段进行持续性检测的技术问题。

本发明通过下述技术方案实现：一种用于农业作物地下表型获取装置，包括：

透明容器，用于放置土壤以及农业作物；

多个承托板，多个所述承托板层叠设置，且，两个所述承托板之间设有间隙，所述承托板上开设有多个通孔，多个所述通孔均匀的分布在所述承托板上，两个所述承托板上的所述通孔的轴线在同一直线上，多个所述承托板用于承载土壤与种植农业作物，多个所述承托板可拆卸安装在所述透明容器的内壁上；

遮光套，套设在所述透明容器外；

转台，所述透明容器放置在所述转台上，以驱动所述透明容器周向转动；

检测组件，所述检测组件用于透过所述透明容器以及所述间隙对农业作物根系进行扫描；

驱动组件，所述检测组件安装在所述驱动组件上，以驱动所述检测组件在扫描的过程中移动。

可选地，所述驱动组件包括：

电机；

丝杆，所述丝杆的一端固定连接在所述电机的输出轴上；

安装架，螺接在所述丝杆上，所述检测组件安装在所述安装架上。

可选地，所述安装架包括：

连接杆，所述连接杆的中部螺接在所述丝杆上；

两根竖杆，两根所述竖杆的一端分别固定安装在所述连接杆的两端，所述检测组件安装在所述两根竖杆的另一端；

两个平衡模块，分别安装在所述连接杆的两端，平衡模块用于保障检测组件在水平行进过程中稳定。

可选地，所述丝杆上安装有两个限位器，两个限位器之间的距离大于所述透明容器的外径。

可选地，所述检测组件包括：

一对激光点对传感器，分别安装在两根所述竖杆的另一端，所述激光点对传感器用于扫描农业作物根系的地下表型。

可选地，还包括：

箱体，所述转台安装在所述箱体的内底壁上，所述电机固定安装在所述箱体的内顶壁上，所述丝杆的另一端转动插装在所述箱体与所述电机相对的内侧壁上，所述安装架位于所述箱体内。

可选地，所述箱体内安装有微型控制器，所述微型控制器与所述转台以及所述电机通过线路电连接，以控制所述转台的转动与所述电机的启闭。

可选地，包括以下步骤：

步骤a：将土壤和两个承托板安装在透明容器内；

步骤b：将农业作物种植于所述透明容器内的所述土壤，使得所述农业作物的根系穿过两个所述承托板的所述间隙；

步骤c：在所述透明容器外套遮光套，形成一种植单元；

步骤d：将所述种植单元放置在转台上以随所述转台转动；

步骤e：利用驱动组件驱动检测组件至检测位置，并且将所述遮光套从所述透明容器上取下；

步骤f：开启所述检测组件，利用所述检测组件检测所述间隙中的根系情况，以获得所述农业作物的地下表型；

步骤g：将所述遮光套再次套在所述透明容器上。

可选地，还包括以下步骤：

将检测组件获取的信息传递给控制模块，所述控制模块通过图像处理技术将所述检测组件传递来的信息转化为所述农业作物地下表型的图像。

本发明相较于现有技术具有以下有益效果：

本发明提供的一种用于农业作物地下表型获取装置包括透明容器、多个承托板、遮光套、转台、检测组件以及驱动组件，透明容器用于放置土壤以及农业作物，多个承托板层叠设置，且，至少两个承托板之间设有间隙，承托板上开设有多个通孔，多个通孔均匀的分布在承托板上，两个承托板上的通孔的轴线在同一直线上，多个承托板用于承载土壤与种植农业作物，多个承托板可拆卸安装在透明容器的内壁上，遮光套套设在透明容器外，透明容器放置在转台上，以驱动透明容器轴向转动，检测组件用于对农业作物根系进行扫描，检测组件安装在驱动组件上，以驱动检测组件在水平平面内移动。

通过上述结构，在需要获取一种农业作物的地下表型时，将土壤以及承托板放置在透明容器内，再将农业作物种植在土壤里，再将遮光套套设在所述透明容器外，避免外部光线影响农业作物根系的生长，在农业作物的根系穿过所通孔，生长至间隙后，将遮光套取下，再将透明容器放置在转台上，使得透明容器进行周向转动，再通过驱动组件驱动检测组件在水平平面内移动，使得检测组件对农业作物根系进行完整的扫描，以得到农业作物的地下表型，综上，通过透明容器与承托板之间间隙的设置，在不破坏作物根系的生长情况下，检测组件也能透过透明容器以及间隙对农业作物根系进行扫描，以得到农业作物根系的地下表型，所以，本发明提供的用于农业作物地下表型获取装置能对农业作物生长不同阶段进行持续性检测。

本发明提供的用于农业作物地下表型获取方法包括步骤a：将土壤和两个承托板安装在透明容器内；步骤b：将农业作物种植于透明容器内的土壤，使得农业作物的根系穿过两个承托板的间隙；步骤c：在透明容器外套遮光套，形成一种植单元；步骤d：将种植单元放置在转台上以随转台转动；步骤e：利用驱动组件驱动检测组件至检测位置，并且将遮光套从透明容器上取下；步骤f：开启检测组件，利用检测组件检测间隙中的根系情况，以获得农业作物的地下表型；步骤g：将遮光套再次套在透明容器上。

通过上述步骤，本发明提供的用于农业作物地下表型获取方法在实施时，先将土壤放置在透明容器内，再安装两块承托板，且两块承托板之间设有间隙，再在承托板之上放置土壤，然后把农业作物种植在土壤内，再在透明容器外套上遮光套，避免外部光线影响农业作物根系的生长，在农业作物的根系生长至穿过两层承托板后，将透明容器放置在转台上，通过驱动组件驱动转台转动，使得透明容器随转台的转动而转动，再将遮光套取下，再通过驱动组件驱动检测组件在水平面内移动，同时，通过检测组件扫描间隙之间的根系，以得到农业作物根系的地下表型，在扫描完成后，再将遮光套套在透明容器外，使得农业作物继续生长，在农业作物生长到下一阶段后，再次对农业作物的根系进行扫描，因此，本发明提供的用于农业作物地下表型获取装置能对农业作物生长不同阶段进行持续性检测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的用于农业作物地下表型获取装置的结构示意图；

图2是本发明提供的透明容器与承托板的安装结构示意图。

图中：

1-透明容器；11-农业作物；

2-承托板；21-通孔；

3-遮光套；

4-转台；

5-激光点对传感器；

6-驱动组件；61-电机；62-丝杆；63-安装架；631-连接杆；632-竖杆；633-平衡模块；

7-限位器；

8-箱体；

9-微型控制器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

实施例1：

本发明提供一种用于农业作物地下表型获取装置及方法，用于解决现有技术中的设备无法伴随农业作物生长不同阶段进行持续性检测的技术问题，该用于农业作物地下表型获取装置包括透明容器1、多个承托板2、遮光套3、转台4、检测组件以及驱动组件6，其中：

透明容器1可以为玻璃制成的结构件，透明容器1用于放置土壤以及农业作物11，这样，透明容器1的设置，便于观察农业作物11的生长状态。

多个承托板2层叠设置，且，至少两个承托板2之间设有间隙，承托板2上开设有多个通孔21，可选地，通孔21的形状由农业作物11根系粗细以及栽培土壤特性可以为圆孔、方孔和蜂窝孔等，通孔21的大小与形状不得影响农业作物11正常生长，多个通孔21均匀分布在承托板2上，多个承托板2上的通孔21的轴线在同一直线上，这样，减小了对农业作物11根系生长的影响，多个承托板2用于承载土壤与种植农业作物11，多个承托板2可拆卸安装在透明容器1的内壁上，这样，多个承托板2之间的间隙的设置，在农业作物11的根系通过两块承托板2上的通孔21穿过两块承托板2后，在两块承托板2之间的间隙中，便能观察到农业作物11的根系。

遮光套3套设在透明容器1外，这样，农业作物11在生长时，避免外部光线影响农业作物根系的生长。

透明容器1放置在转台4上，一驱动透明容器1周向转动，这样，在转台4转动的同时，带动透明容器1转动。

检测组件用于透过透明容器1以及间隙对农业作物11根系进行扫描，在转台4带动透明容器1转动的同时，通过检测组件扫描农业作物11的根系时，一边转动一边扫描，得到的农业作物11的地下表型的图像更加地完整。

检测组件安装在驱动组件6上，以驱动检测组件在扫描的过程中移动，这样，进一步地使得扫描后得到的农业作物11的地下表型的图像更加地完整。

通过上述结构，在需要获取一种农业作物11的地下表型时，将土壤以及承托板2放置在透明容器1内，再将农业作物11种植在土壤里，再将遮光套3套设在所述透明容器1外，避免外部光线影响农业作物11根系的生长，在农业作物11的根系穿过所通孔21，生长至间隙后，将遮光套3取下，再将透明容器1放置在转台4上，使得透明容器1进行周向转动，再通过驱动组件6驱动检测组件在水平平面内移动，使得检测组件对农业作物11根系进行完整的扫描，以得到农业作物11的地下表型，综上，通过透明容器1与承托板2之间间隙的设置，在不破坏农业作物11根系的生长情况下，检测组件也能透过透明容器1以及间隙对农业作物11根系进行扫描，以得到农业作物11根系的地下表型，所以，本发明提供的用于农业作物11地下表型获取装置能对农业作物11生长不同阶段进行持续性检测。

本实施例的一种可选实施方式如下：驱动组件6包括电机61、丝杆62以及安装架63，其中：

电机61的转轴的轴线水平设置，容易理解的是，本实施例中的电机61与电源通过线路进行电连接，从而实现供电，并且在线路设置有控制线路通断的开关，该开关可以是有线开关或者无线开关，采用电机61作为动力源，便于控制，并且能够提供稳定的旋转动力。

丝杆62的一端固定连接在电机61的输出轴上，这样，丝杆62随电机61输出轴的转动而转动。

安装架63螺接在丝杆62上，检测组件安装在安装架63上，这样，在丝杆62转动时，螺接在丝杆62上的安装架63在丝杆62的轴向方向上移动，同时带动安装在安装架63上的检测组件移动。

本实施例的一种可选实施方式如下：安装架63包括连接杆631、两根竖杆632以及两个平衡模块633，其中：

连接杆631的中部螺接在丝杆62上。

两根竖杆632的一端分别固定安装在连接杆631的两端，检测组件安装在两根竖杆632的另一端。

两个平衡模块633分别安装在连接杆631的两端，平衡模块633用于保障检测组件在水平行进过程中稳定，这样，通过两个平衡模块633的设置，避免安装架63在移动的过程中发生偏移而造成扫描结果发生错误。

本实施例的一种可选实施方式如下：丝杆62上安装有两个限位器7，两个限位器7之间的距离大于透明容器1的外径，这样，限位器7的设置，使得安装架63在两个限位器7之间移动，而限位器7之间的距离大于透明容器1的外径，避免检测组件在扫描农业作物11根系时扫描的不完整。

本实施例的一种可选实施方式如下：检测组件包括一对激光点对传感器5，其中：

一对激光点对传感器5分别安装在两根竖杆632的另一端，激光点对传感器5用于扫描农业作物11根系的地下表型，这样，通过一对激光点对传感器5的设置，其中一个激光点对传感器5发射信号，另一个激光点对传感器5接收信号，在扫描到间隙中的根系时，记录根系的位置，以便生成图像。

本实施例的一种可选实施方式如下：还包括箱体8：

转台4安装在箱体8的内底壁上，电机61固定安装在箱体8的内顶壁上，丝杆62的另一端转动插装在箱体8与电机61相对的内侧壁上，安装架63位于箱体8内，这样，通过箱体8的设置，在箱体8内扫描农业作物11的根系，减小外界对扫描结果的干扰。

本实施例的一种可选实施方式如下：箱体8内安装有微型控制器9，微型控制器9与转台4以及电机61通过线路电连接，以控制转台4的转动与电机61的启闭，这样，通过微型控制器9的设置，控制转台4水平旋转N°后执行电机61输出轴转动，使得安装架63前后移动，进而带动一对激光点对传感器5对农业作物11的根系进行扫描，共执行360/N次后完成完整扫描。

本实施例的一种可选实施方式如下：一种用于农业作物11地下表型获取方法，包括以下步骤：

步骤a：将土壤和两个承托板2安装在透明容器1内；

步骤b：将农业作物11种植于透明容器1内的土壤，使得农业作物11的根系穿过两个承托板2的间隙；

步骤c：在透明容器1外套遮光套3，形成一种植单元；

步骤d：将种植单元放置在转台4上以随转台4转动；

步骤e：利用驱动组件6驱动检测组件至检测位置，并且将遮光套3从透明容器1上取下；

步骤f：开启检测组件，利用检测组件检测间隙中的根系情况，以获得农业作物11的地下表型；

步骤g：将遮光套3再次套在透明容器1上。

本实施例的一种可选实施方式如下：还包括以下步骤：

将检测组件获取的信息传递给控制模块，控制模块通过图像处理技术将检测组件传递来的信息转化为农业作物11地下表型的图像，具体地，读取完整扫描信息后，对信息进行滤波处理，排除激光点对传感器5信号噪点或设备晃动等情况造成的噪点，再对得到的信息进行绘制，将非图像信息以图像的形式表达，然后对图像进行图像处理，过滤图像中非根系表型部分得到最终结果。

综上，在需要获取一种农业作物11的地下表型时，先将土壤放置到透明容器1内，然后将承托板2安装在透明容器1内，每两个承托板2之间设有间隙，间隙的设置，便于工作人员透过透明容器1以及间隙观察间隙内的情况，再在承托板2上放置土壤，然后将农业作物11种植在土壤内，再套上遮光套3，避免外部光线影响农业作物11根系的生长，在等待栽种的农业作物11的根系通过通孔21自然生长穿透两块承托板2后，再将透明容器1放置到箱体8内的转台4上，然后取下遮光套3，通过微型控制器9驱动转台4转动，再驱动电机61转动，以带动丝杆62转动，从而使得安装架63在丝杆62的轴向方向上移动，其中转台4每次旋转N°后必须执行安装架63带动激光点对传感器5横扫间隙观察模块一次的操作，并且记录当前旋转次数和角度以及激光点对的信号序列，共执行360/N次后完成完整扫描，一对激光点对传感器5利用安装架63达到与两块承托板2之间的间隙的水平高度相同位置，即激光点对传感器5的虚拟连接线能够平行穿透间隙，而两个平衡模块633的设置，减少了安装架63在运动过程中的细微震动，且保障了激光点对传感器5与间隙之间需要极高的精度，而箱体8的设置，进一步地减小了外接对扫描结果的影响，所以，本发明提供的用于农业作物11地下表型获取的装置与方法能伴随农业作物11生长不同阶段进行持续性检测。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明记载的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种用于农业作物地下表型获取装置，其特征在于，包括：

透明容器，用于放置土壤以及农业作物；

多个承托板，多个所述承托板层叠设置，且至少两个所述承托板之间设有间隙，所述承托板上开设有多个通孔，多个所述通孔均匀的分布在所述承托板上，多个所述承托板上相对应的所述通孔的轴线在同一直线上，多个所述承托板用于承载土壤与种植农业作物，多个所述承托板可拆卸安装在所述透明容器的内壁上；

遮光套，套设在所述透明容器外；

转台，所述透明容器安装在所述转台上，以驱动所述透明容器周向转动；

检测组件，所述检测组件用于透过所述透明容器以及所述间隙对农业作物根系进行扫描；

驱动组件，所述检测组件安装在所述驱动组件上，以驱动所述检测组件在扫描的过程中移动。

2.根据权利要求1所述的一种用于农业作物地下表型获取装置，其特征在于，所述驱动组件包括：

电机；

丝杆，所述丝杆的一端固定连接在所述电机的输出轴上；

安装架，螺接在所述丝杆上，所述检测组件安装在所述安装架上。

3.根据权利要求2所述的一种用于农业作物地下表型获取装置，其特征在于，所述安装架包括：

连接杆，所述连接杆的中部螺接在所述丝杆上；

两根竖杆，两根所述竖杆的一端分别固定安装在所述连接杆的两端，所述检测组件安装在所述两根竖杆的另一端；

两个平衡模块，分别安装在所述连接杆的两端，平衡模块用于保障检测组件在水平行进过程中稳定。

4.根据权利要求3所述的一种用于农业作物地下表型获取装置，其特征在于，所述丝杆上安装有两个限位器，两个限位器之间的距离大于所述透明容器的外径。

5.根据权利要求3所述的一种用于农业作物地下表型获取装置，其特征在于，所述检测组件包括：

一对激光点对传感器，分别安装在两根所述竖杆的另一端，所述激光点对传感器用于扫描农业作物根系的地下表型。

6.根据权利要求3所述的一种用于农业作物地下表型获取装置，其特征在于，还包括：

箱体，所述转台安装在所述箱体的内底壁上，所述电机固定安装在所述箱体的内顶壁上，所述丝杆的另一端转动插装在所述箱体与所述电机相对的内侧壁上，所述安装架位于所述箱体内。

7.根据权利要求6所述的一种用于农业作物地下表型获取装置，其特征在于，所述箱体内安装有微型控制器，所述微型控制器与所述转台以及所述电机通过线路电连接，以控制所述转台的转动与所述电机的启闭。

8.一种用于农业作物地下表型获取方法，使用权利要求1-7中任一项所述的农业作物地下表型获取装置，其特征在于，包括以下步骤：

步骤a：将土壤和两个承托板安装在透明容器内；

步骤b：将农业作物种植于所述透明容器内的所述土壤，使得所述农业作物的根系穿过两个所述承托板的所述间隙；

步骤c：在所述透明容器外套遮光套，形成一种植单元；

步骤d：将所述种植单元放置在转台上以随所述转台转动；

步骤e：利用驱动组件驱动检测组件至检测位置，并且将所述遮光套从所述透明容器上取下；

步骤f：开启所述检测组件，利用所述检测组件检测所述间隙中的根系情况，以获得所述农业作物的地下表型；

步骤g：将所述遮光套再次套在所述透明容器上。

9.根据权利要求8所述的一种用于农业作物地下表型获取方法，其特征在于，还包括以下步骤：

将检测组件获取的信息传递给控制模块，所述控制模块通过图像处理技术将所述检测组件传递来的信息转化为所述农业作物地下表型的图像。

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