CN115481648A - 一种田间高通量植物表型研究平台及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种田间高通量植物表型研究平台及方法，运输系统：包括运输轨道和电动智能运输车，将田间盆栽植株运输到成像室内，供图像获取设备拍摄；拍摄完成后，再将盆栽植株运输到田间；成像系统包括成像室，内部设置有光源、触发相机和多个图像获取设备，获取植株的表型信息，并将植株的表型信息与试验处理信息进行匹配。本发明通过设置成像室，避免光照强度及光照方向变化、风扰动、动物扰动、植株间叶片遮挡等因素对获取植株图像的影响，使得获取的植株图像更加完整、标准，更利于植株全生育期生物量无损测量；通过设置运输系统，降低了人工搬运盆栽植株的劳动强度，提高了盆栽植株的转运效率，能够实现高通量植物表型精确研究。
Description
技术领域
本发明属于作物育种领域，涉及作物表型研究，特别涉及田间作物表型研究平台。
背景技术
植物表型是由基因与环境相互作用产生的部分或全部可辨识的物理、生理和生化特征及性状，包括植物的结构、组成以及生长发育过程。植物表型(性状)是基因型和环境共同作用结果，而基因型与表型之间有着多重关系。以大豆为例，大豆作为油粮饲兼用作物，我国需求量很大，但由于我国人多地少，导致国内玉米大豆争地，大豆供需严重失衡，大豆-玉米带状复合种植模式缩株增密，充分发挥复合系统的产量、品质潜力，提高光能、养分和水分利用率，土地产出率成倍提高，能够有效解决大豆供给不足问题。在大豆-玉米带状复合种植中，高位作物玉米对低位作物大豆有较为明显的遮荫现象，而大豆对荫蔽胁迫响应比较敏感，会造成株高、茎粗、叶面积、叶夹角、分枝等形态和光合、抗氧化等生理生化特征发生变化，导致大豆倒伏、产量低、不利于机械收获等不良后果。因此，需要筛选耐荫蔽的优良大豆种质资源，培育大豆-玉米带状复合种植专用品种，以提高大豆产量。
对于筛选耐荫抗倒高产的优良大豆品种，需要通过结合基因组学和表型组学的研究方法，才能更为清晰的揭示作物基因型和环境之间的交互机理，指导在带状复合种植环境下的大豆基因型筛选，进而实现更为高效的耐荫蔽大豆筛选过程。然而，相较于基因组学，表型组学研究相对滞后，成为限制作物育种效率的关键瓶颈。
为研究植物表型，通过获取并分析数字图像的手段已被广泛应用。然而，现有植物表型研究工作存在规模小、成本高、数据样本采集费时费力，缺乏规范性且测量精度较低的问题，为了解决该技术问题，现有技术中出现了一种田间作物表型五维数据采集车，通过五维数据采集行车配合分辨率成像装置，能够实现对气候舱舱内、舱外植物生长过程中其器官生长的表型特征和生理参数的变化的连续测量，监测田间植物生长周期内表型特征和生理参数。该采集车包括行走支撑系统、行车框架、集成式移动采样系统、直线导轨、360°可调平台等。
要表型组与基因组相结合，定位和挖掘耐荫抗倒基因、培育间套作专用大豆品种，在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下技术问题中的一个问题：
1、目前普遍采用的温室表型研究平台，虽然自动化程度高，成像环境稳定，但温室无法准确模拟作物田间生长的光、温、水分和土壤环境，尤其是间套作种植的光环境非常复杂，因此在温室种植的作物长势与田间自然光下生长的植株差异很大，表型研究结果无法真正用于品种优良农艺性状鉴定。
2、现有田间表型研究主要采用机器人和无人机，从宏观上对作物群体进行观测，为大面积生产管理提供决策依据；间套作系统中像大豆这样的低位作物常常被玉米等高位作物遮挡，无法成像，以上设备和方法很难对其单株表型进行准确分析和鉴定。
3、目前也包括使用便携式成像设备、大型自走式设备在大田环境下对作物进行成像和表型研究，但所采集信息效果易受外界环境条件影响，例如太阳光照强度及方向变化、风扰动、植株间叶片遮挡等，难以准确获得植株地上部分全部枝叶的形态和光谱信息。
对田间生长的作物，尤其是在间套作环境下，如何高通量、准确获取植株的完整图像和光谱信息，依然是表型组研究尚未解决的技术难题。
发明内容
鉴于此，本发明目的在于提供一种能够获得大田环境下生长植株的完整图像和/或光谱信息的高通量植物表型研究平台。
发明人通过长期的探索和尝试，以及多次的实验和努力，不断的改革创新，为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是，提供一种田间高通量植物表型研究平台，包括远程控制下的盆栽植物运输系统与成像系统、信息储存和处理装置：
运输系统：包括运输轨道和电动智能运输车，电动智能运输车将田间盆栽植株运输到成像室内，供图像获取设备拍摄；拍摄完成后，再将盆栽植株运输到田间。
成像系统：包括成像室，为暗室，内部设置有光源、触发相机和多个图像获取设备，用于对盆栽植株多角度拍摄，获取植株的表型信息，并将植株的表型信息与试验处理信息进行匹配。
优选地，所述表型信息包括图像、视频、光谱信息中的一种或多种。
优选地，所述试验处理信息包括种质信息、试验区域、来源、品种特性、植株品种、材料号、处理重复中的一种或多种。
根据本发明田间高通量植物表型研究平台的一个实施方式，所述试验处理信息以二维码或条形码的形式设置在盆栽植株的种植盆上。
根据本发明田间高通量植物表型研究平台的一个实施方式，所述触发相机用于识别盆栽植物携带的试验处理信息，并触发以下设备和装置开始工作：
信息储存装置在指定路径生成与植株样品编号对应的文件夹，表型信息获取设备获取表型信息后，系统自动对表型信息数据进行分类命名和保存；
电动智能运输车上盆栽植株按照设定转速转动；
图像获取设备按照设定频次开始拍摄和传输数据。
根据本发明田间高通量植物表型研究平台的一个实施方式，所述图像获取设备包括：用于获取盆栽植株侧面图像的A相机和用于获取盆栽植株顶部图像的B相机；A相机和B相机的拍摄方向交叉于拍摄点，与信息储存和处理装置连接。所述的图像获取设备是拍摄植物图像的可见光工业相机、获取光谱数据的多光谱相机和高光谱相机、获取三维结构的深度相机或激光雷达中的一种或多种。
根据本发明田间高通量植物表型研究平台的一个实施方式，所述成像室内设置有水平滑轨机构，水平滑轨机构上装配有立柱，所述A相机安装在所述立柱上；所述成像室内设置有升降机构，所述B相机安装在升降机构上。
根据本发明田间高通量植物表型研究平台的一个实施方式，所述成像室设置有感应电动滑门，当电动智能运输车通过时，电动滑门自动打开；当电动智能运输车通过后，电动滑门自动关闭。
根据本发明田间高通量植物表型研究平台的一个实施方式，所述运输轨道包括多条X轨道和Y轨道，电动智能运输车包括X轨电动小车和Y轨电动小车，Y轨道设置在沟内，沟延伸至成像室内，Y轨电动小车在Y轨道上运行；X轨道铺设在田间地面上，与Y轨道空间垂直，X轨电动小车在X轨道上运行，X轨电动小车能够行驶到Y轨电动小车上。
根据本发明田间高通量植物表型研究平台的一个实施方式，所述Y轨电动小车上设置有能够在水平方向转动的转动板和转动板驱动机构，所述转动板上设置有与所述X轨道对接的对接轨，所述对接轨上设置有用于对X轨电动小车定位的定位部，对接轨上可承载及盆栽植株，可随转动板同步转动。
根据本发明田间高通量植物表型研究平台的一个实施方式，所述Y轨电动小车上安装有压力轴承，所述转动板安装在压力轴承上方；所述压力轴承外侧设置有保护筒。
本发明还提供了一种基于前述田间高通量植物表型研究平台获取植株表型特征的方法，步骤如下：
S1、将Y轨电动小车运行到第一X轨道的端部，对接轨与X轨道对接；
S2、将盆栽植株搬运到X轨电动小车上，X轨电动小车运行到Y轨电动小车的对接轨上，Y轨电动小车运行到成像室内，使盆栽植株位于拍摄点；
S3、关闭成像室，避免室外光线的影响，室内光源照射到盆栽植株上；
S4、转动板转动，盆栽植株同步转动，触发相机获取到试验处理信息，A相机按预设时间间隔或预设转动板转动角度，拍摄多张盆栽植株侧面表型信息，B相机拍摄盆栽植株顶部表型信息；侧面表型信息与顶部表型信息用于图像分析处理，并与试验处理信息匹配，储存；
S5、完成拍摄后转动板重置于原始位，Y轨电动小车将盆栽植株运至第一X轨道或第二X轨道的端部，对接轨与第一X轨道或第二X轨道对接，X轨电动小车运行至第一X轨道或第二X轨道；
S6、将盆栽植株从X轨电动小车上搬下；
完成一株盆栽植株的表型特征获取。
与现有技术相比，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点：
a)本发明通过设置成像室，避免光照强度及光照方向变化、风扰动、动物扰动、植株间叶片遮挡等因素对获取植株图像的影响，使得获取的植株图像更加完整、精准，更利于植株全生育期生物量无损测量；通过设置运输系统，将田间的盆栽植株运输到成像室内，降低了人工搬运盆栽植株的劳动强度，提高了盆栽植株的转运效率，能够实现高通量植物表型精确研究。
b)目前植株表型精准研究常用的温室表型平台无法模拟作物田间真实光、温、水分、土壤环境，尤其是像带状复合种植模式下的复杂光环境更是无法模拟。本发明通过田间设置成像室，创新性设计田间轨道运输单个盆栽达到在田间真实生长环境下的作物表型的精确测量和研究的要求，且能根据不同种植模式及田间布局需要调整布置田间轨道运输系统实现自动运输。
c)本发明的一个实施方式中，盆栽植株携带有试验处理信息，更有利于植株的图像信息与试验处理信息匹配，避免图像信息管理混乱，有利于田间高通量研究管理。
d)本发明的一个实施方式中，通过设置水平滑轨机构和升降机构，可根据不同植株大小情况调节相机位置，以获取最佳表型数据。
e)本发明的一个实施方式中，通过设置Y轨道、Y轨电动小车、X轨道、X轨电动小车，通过主路运输(即Y轨道)和支路运输(即X轨道)，实现全试验小区运输区域覆盖。通过在垂直方向上将XY轨道布置在不同空间高度上，以全直轨的方式快速实现换向运输，X轨电动小车可直接将盆栽植株运输到Y轨电动小车上，实现盆栽植株快速运转。避免采用复杂换轨装置和较大的换轨空间。
f)本发明的一个实施方式中，Y轨电动小车上设置转动板，Y轨电动小车将盆栽植株运送到拍摄点即可使盆栽植株转动起来，待触发相机、A相机和B相机拍摄，拍摄完成后Y轨电动小车再将盆栽植株运出成像室，有利于将整个过程完全自动化处理。更重要的，其它表型平台通常采用人工或机械将植株转移到成像工作台上，而通常用的转移装置是机械臂等价格昂贵的装置，本发明的实施方式则有效的找到替代方式，降低成本，提高效率。
g)本发明的一个实施方式中，通过设置压力轴承，保证转动板转动稳定，提高植株稳定性，并可降低转盘负荷，有利于延长Y轨电动小车续航时间。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1是本发明田间高通量植物表型研究平台一较佳实施例的立体结构局部示意图。
图2是本发明田间高通量植物表型研究平台一较佳实施例中成像室内部结构透视示意图。
图3是本发明田间高通量植物表型研究平台一较佳实施例中运输系统立体结构局部示意图。
图4是本发明田间高通量植物表型研究平台一较佳实施例中运输装置右视结构示意图。
图5是本发明田间高通量植物表型研究平台一较佳实施例中运输装置后视结构示意图。
图6是本发明田间高通量植物表型研究平台一较佳实施例中运输装置立体结构示意图。
图7是本发明田间高通量植物表型研究平台一较佳实施例中Y轨电动小车立体爆炸结构示意图。
图中标记分别为：
100成像室，
110电动滑门，
111第一传感器，
120遮光单元，
130触发相机，
140A相机，
141水平滑轨机构，
142立柱，
150B相机，
151升降机构，
200运输系统，
210沟，
220轨道装置，
221Y轨道，
222X轨道，
223第二传感器，
230运输装置，
231Y轨电动小车，
232转动板，
233对接轨，
2331定位部，
234压力轴承，
235保护筒，
236X轨电动小车，
237载盆板，
238X轨轮，
300种植盆，
301二维码粘贴区。
具体实施方式
下面结合附图与一个具体实施例进行说明。
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中可以不对其进行进一步定义和解释。
参见图1至图7。本实施例所描述的一种田间高通量植物表型研究平台，远程控制下的盆栽植物运输系统200与成像系统、信息储存和处理装置。
运输系统：包括运输轨道和电动智能运输车，电动智能运输车将田间盆栽植株运输到成像室内，供图像获取设备拍摄；拍摄完成后，再将盆栽植株运输到田间。
成像系统：包括成像室100，为暗室，内部设置有光源、触发相机130和多个图像获取设备，用于对盆栽植株多角度拍摄，获取植株的表型信息，并将植株的表型信息与试验处理信息进行匹配。所述表型信息包括植株侧视和俯视角的图像、视频、光谱信息中的一种或多种。
所述试验处理信息包括植株品种、材料号、处理重复等试验设置所需的信息中的一种或多种。
远程控制使用远程控制模块，可以通过现有技术手段实现，由中央处理器、传感器、执行器、网络接口、通讯模组等组成，用于收到信号后远程控制X轨电动小车236、Y轨电动小车231的起停和行驶速度，控制转动板驱动机构启停和转动速度，控制电动滑门110滑动，控制遮光单元120升降，控制水平滑轨机构141滑动，控制升降机构151升降，控制触发相机130、A相机140和B相机150拍摄，以及其它需要实现自动化控制的机构。
信息储存和处理装置，即信息储存装置和信息处理装置，采用被配置成执行大豆全生育期生物量无损测量方法的计算机，并安装有二维码或条形码识别软件，对大豆植株图像信息进行处理，将植株的图像信息与试验处理信息进行匹配。
所述试验处理信息以二维码或条形码的形式设置在盆栽植株的种植盆上；推荐地，本实施例中，所述试验处理信息以二维码形式设置在盆栽植株的种植盆上，例如制作二维码标签，贴在种植盆上，或者插在种植土上。
在一个具体实施方式中，所述盆栽植株携带有试验处理信息。该实施例中，盆栽植株种植在种植盆300内，方便植株转运，种植盆300外侧壁上部设置有二维码粘贴区301，将植株的试验处理信息生成二维码，并将二维码打印并粘贴在二维码粘贴区301。试验处理信息包括种质信息、试验区域、来源、品种特性、植株品种、材料号、处理重复等中的一个或多个。当然，也可以制作试验处理信息标牌，插在种植盆300内的土壤基质表面。
本实施例中，成像室100为暗室，可基于集装箱进行结构改进，内部设置有光源和多个图像获取设备，用于对盆栽植株多角度拍摄，获取植株的图像信息。成像室100具有遮光避风的作用，避免光照强度及光照方向变化、风扰动、动物扰动、植株间叶片遮挡等因素对获取植株图像的影响，使得获取的植株图像更加完整、标准，更利于植株全生育期生物量无损测量。
在具体的实施方式中，所述成像室100设置有电动滑门110，电动滑门110上装配有能够升降的遮光单元120。电动滑门110在Y轨电动小车231通过时处于开启状态，在拍摄图像时处于关闭状态。遮光单元120是为沟210专门设计的一个与沟210横截尺寸匹配的小门，是用于对沟210进行封闭遮光的部件，可以选用遮光帘，也可以选用遮光板。遮光单元120安装在电动滑门110下部，遮光单元120完成上升操作，电动滑门110可以开启；电动滑门110关闭后，遮光单元120再执行下降操作。
成像室100内安装的多个图像获取设备包括：触发相机130、A相机140和B相机150。
触发相机130采用扫描相机用于识别盆栽植株试验处理信息。本实施例中，触发相机130固定设置在Y轨道221的延伸方向上，用于对种植盆300上的二维码进行扫描识别，并触发以下设备和装置开始工作：信息储存装置在指定路径生成与植株样品编号对应的文件夹，表型信息获取设备获取表型信息后，系统自动对表型信息数据进行分类命名和保存；电动智能运输车上盆栽植株按照设定转速转动；图像获取设备按照设定频次开始多角度成像和传输数据。
所述成像室100内设置有升降机构151，所述B相机150安装在升降机构151上，通过升降机构151可调节B相机150与植株的高度方向上的距离。
A相机140用于获取盆栽植株侧面图像，B相机150用于获取盆栽植株顶部图像。A相机140和B相机150均采用工业矩阵网口相机。A相机140和B相机是拍摄植株图像的可见光工业相机、获取光谱数据的多光谱相机和高光谱相机、获取三维结构的深度相机或激光雷达中的一种或多种，根据获取植株目标图像信息进行具体选择。
所述成像室100内设置有水平滑轨机构141，水平滑轨机构141上装配有立柱142，立柱142与水平滑轨机构141滑动配合。所述A相机140安装在所述立柱142上。基于水平滑轨机构141和立柱142，可根据植株的高度、冠幅大小设置A相机140到拍摄点的距离，以及A相机140至地面的高度。
根据研究需求，对植株转速和拍摄图像数量进行设置，可以满足不同精准度要求的表型成像采集。例如，但不限于以下方式：侧面图像拍摄数量为6张，盆栽植株每自转60°拍摄一张侧面图像，盆栽植株自转一周，拍摄6张侧面图像；顶部图像数量为1张。
触发相机130、A相机140和B相机150的拍摄方向的交叉于拍摄点，即交叉于一被拍摄的植株。
触发相机130、A相机140和B相机150与信息储存和处理装置连接。
通过设置触发相机130，识别每个样品的编号和来源信息，即试验处理信息，A相机140、B相机150拍摄植株图像，每个样品信息在信息储存装置中生成一个文件夹，图像储存路径和图像文件名与植株一一对应、匹配，既避免植株信息混乱，又便于使用图像分析软件进行批量处理。
运输系统200：用于将田间盆栽植株转运到成像室100内，供图像获取设备拍摄；拍摄完成后，在将盆栽植株送回田间。通过设置运输系统，将田间的盆栽植株运输到成像室内，降低人工搬运盆栽植株的劳动强度，提高盆栽植株的转运效率，实现高通量植物表型精确研究。
具体来说，所述运输系统200包括轨道装置220和运输装置230，轨道装置220包括Y轨道221和X轨道222，运输装置230包括Y轨电动小车231和X轨电动小车236，Y轨电动小车231和X轨电动小车236均为电动智能运输车。
在田间设置有沟210，Y轨道221随沟210延伸至成像室100内，所述沟210内设置有Y轨道221，Y轨道221上运行有Y轨电动小车231。田间地面设置有多条与Y轨道221空间垂直的X轨道222，X轨道222的具体数量及长度由育种场地的大小决定，X轨电动小车236在X轨道222上运行。Y轨电动小车231作为将盆栽植株转运到成像室100进行拍照的干线转运车，X轨电动小车236作为支线转运车。
沟210可以是一条，也可以是多条，根据试验区的面积决定。若设置多条沟时，可将其中的两条沟设置为跑道形，Y轨道221也就构成跑道形，多个Y轨电动小车231可在同一跑道形Y轨道221上循环运行。成像室100跨设在一条沟210上，并且，成像室100设置有前后两个电动门，Y轨电动小车231从前门进入成像室100，并从后门开出。如此便可减少相机的等待时间，提高相机的拍摄效率。当然，如果育种场地较小，则只需设置一条沟210、一条Y轨道221即可。
图1示出了一段沟210，与沟210同长度Y轨道221的情形。Y轨道221的一端位于成像室100内，另一端位于田间。
在一个具体实施方式中，Y轨道221和X轨道222均采用热镀锌矩管和防腐木构成，防腐木作为枕木，热镀锌矩管作为轨，防腐木支撑矩管以保证轨道的稳定平顺。X轨道222可以是固定设置的，也可以是活动设置的。活动式X轨道可以在地面上垂直于Y轨道221平移，使盆栽植株与X轨道距离更近，便于平行移动。热镀锌矩管和防腐木构成的轨道，便于平移。
电动小车由车体、蓄电池、车桥车轮、电机及控制器组成。控制器与远程控制模块信号连接。远程控制模块远程控制电动小车的启停和速度。
Y轨电动小车231和X轨电动小车236均设置有与轨道配合使用的轨轮。例如，X轨电动小车236上设置有4个X轨轮238，X轨轮238设置有内凸缘，保障X轨电动小车236不会从X轨道222上脱轨。
所述Y轨电动小车231上设置有能够在水平方向转动的转动板232和转动板驱动机构，转动板驱动机构为伺服电机。所述转动板232上设置有与X轨道222对接的对接轨233，对接轨233的轨道高度、宽度与X轨道222相等。所述对接轨233上设置有用于对X轨电动小车236定位的定位部2331。X轨电动小车236可搭载盆栽植株直接开到对接轨233上，也可以将盆栽植株推到对接轨233上。
为降低转动板转动时的摩擦阻力，所述Y轨电动小车231上安装有压力轴承234，所述转动板232安装在压力轴承234上方；所述压力轴承234外侧设置有保护筒235。
所述X轨电动小车236顶部设置有载盆板237，载盆板237为平板，所述X轨电动小车236能够随转动板232同步转动。
本实施例使用接近传感器作为第二传感器223，第二传感器223安装在X轨道222的端部，用于检测对接轨233是否与X轨道222对齐。对接轨233与X轨道222对齐后，X轨电动小车开上对接轨233，Y轨电动小车231启动。
本实施例使用接近传感器作为第一传感器111用于检测Y轨电动小车231是否达到检测点，第一传感器111位于电动滑门110附近，当Y轨电动小车231向成像室100运行并到达监测点时，远程控制模块控制电动滑门110电机，电动滑门110开启，Y轨电动小车231进入成像室100后，再关闭电动滑门110。电动滑门110关闭后，控制遮光单元120下降，实现成像室100全避光。电动滑门110是以伺服电机作为动力源，通过机械传动机构(比如齿轮传动机构、链传动机构、带传动机构、丝杠传动机构)实现动力传递，使电动滑门110水平滑动；或者在伺服电机动力输出轴上直接或通过齿轮传动机构间接安装行走轮，实现电动滑门110的水平移动。遮光单元120以伺服电机作为动力源，通过丝杠传动机构或者齿轮齿条机构，实现遮光单元120的升降。
基于前述实施方式的田间高通量植物表型研究平台获取植株表型特征的方法，步骤如下：
将第一X轨道上的X电动小车236行驶至盆栽植株旁，将盆栽植株搬运到X电动小车236上，控制X电动小车236向Y轨道221方向行驶。
将Y轨电动小车231行驶到第一X轨道的端部，对接轨233与X轨道222对接，等待X电动小车236。
将搭载有盆栽植株的X轨电动小车行驶到Y轨电动小车231的对接轨233上，Y轨电动小车231启动，向成像室100方向行驶，第一传感器111检测到Y轨电动小车231，电动滑门110开启，Y轨电动小车231行驶至拍摄点。
关闭成像室100的电动滑门110，避免室外光线和流动空气对盆栽植株的影响，室内光源照射到盆栽植株上。
控制转动板232匀速转动，盆栽植株同步转动，触发相机130扫描盆栽植株的二维码，获取试验处理信息，A相机140按预设时间间隔，例如2s，或预设转动板232转动角度，例如60°，拍摄多张盆栽植株侧面图像，B相机150拍摄盆栽植株顶部图像；每个样品的试验处理信息、侧面图像与顶部图像在储存装置中生成一个文件夹，图像储存路径和图像文件名与植株一一对应、匹配，既避免植株信息混乱，便于后期使用图像分析软件进行批量处理。
完成拍摄后转动板232重置于原始位，Y轨电动小车231将盆栽植株运至第一X轨道222或第二X轨道222的端部，对接轨233与X轨道222对接，X轨电动小车236运行至X轨道222。
将盆栽植株从X轨电动小车236上搬至田间。
完成一株盆栽植株的表型特征获取，再将其它植株放置在X轨电动小车236，重复前述操作。
当样本量较少时，使用一台Y轨电动小车231在Y轨道上往复行使；当样本量较大时，将Y轨道设置为跑道形轨道，使用多台Y轨电动小车231在Y轨道上按照顺时针方向或逆时针方向循环行使。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种田间高通量植物表型研究平台，包括远程控制下的盆栽植物运输系统与成像系统、信息储存和处理装置：
运输系统：包括运输轨道和电动智能运输车，电动智能运输车将田间盆栽植株运输到成像室内，供图像获取设备拍摄；拍摄完成后，再将盆栽植株运输到田间；
成像系统：包括成像室，为暗室，内部设置有光源、触发相机和多个图像获取设备，用于对盆栽植株多角度拍摄，获取植株的表型信息，并将植株的表型信息与试验处理信息进行匹配。
2.根据权利要求1所述的田间高通量植物表型研究平台，其特征在于，所述试验处理信息以二维码或条形码的形式设置在盆栽植株的种植盆上。
3.根据权利要求2所述的田间高通量植物表型研究平台，其特征在于，所述触发相机用于识别盆栽植物携带的试验处理信息，并触发以下设备和装置开始工作：
信息储存装置在指定路径生成与植株样品编号对应的文件夹，表型信息获取设备获取表型信息后，系统自动对表型信息数据进行分类命名和保存；
电动智能运输车上盆栽植株按照设定转速转动；
图像获取设备按照设定频次开始拍摄和传输数据。
4.根据权利要求3所述的田间高通量植物表型研究平台，其特征在于，所述图像获取设备包括：用于获取盆栽植株侧面图像的A相机和用于获取盆栽植株顶部图像的B相机；A相机和B相机的拍摄方向交叉于拍摄点，与信息储存和处理装置连接。
5.根据权利要求4所述的田间高通量植物表型研究平台，其特征在于，所述成像室内设置有水平滑轨机构，水平滑轨机构上装配有立柱，所述A相机安装在所述立柱上；所述成像室内设置有升降机构，所述B相机安装在升降机构上。
6.根据权利要求1所述的田间高通量植物表型研究平台，其特征在于，所述成像室设置有感应电动滑门，当电动智能运输车经过时，电动滑门打开；当电动智能运输车通过后，电动滑门自动关闭。
7.根据权利要求1～6任一项所述的田间高通量植物表型研究平台，其特征在于，所述运输轨道包括多条X轨道和Y轨道，电动智能运输车包括X轨电动小车和Y轨电动小车，Y轨道设置在沟内，沟延伸至成像室内，Y轨电动小车在Y轨道上运行；X轨道铺设在田间地面上，与Y轨道空间垂直，X轨电动小车在X轨道上运行，X轨电动小车能够行驶到Y轨电动小车上。
8.根据权利要求7所述的田间高通量植物表型研究平台，其特征在于，所述Y轨电动小车上设置有能够在水平方向转动的转动板和转动板驱动机构，所述转动板上设置有与所述X轨道对接的对接轨，所述对接轨上设置有用于对X轨电动小车定位的定位部；所述Y轨电动小车上安装有压力轴承，所述转动板安装在压力轴承上方；所述压力轴承外侧设置有保护筒。
9.根据权利要求8所述的田间高通量植物表型研究平台，其特征在于，所述X轨电动小车顶部设置有载盆板，载盆板为平板，所述X轨电动小车能够随转动板同步转动。
10.一种基于权利要求6～9任一项所述田间高通量植物表型研究平台获取植株表型特征的方法，其特征在于，步骤如下：
S1、将Y轨电动小车运行到第一X轨道的端部，对接轨与X轨道对接；
S2、将盆栽植株搬运到X轨电动小车上，X轨电动小车运行到Y轨电动小车的对接轨上，Y轨电动小车运行到成像室内，使盆栽植株位于拍摄点；
S3、关闭成像室，避免室外光线的影响，室内光源照射到盆栽植株上；
S4、转动板转动，盆栽植株同步转动，触发相机获取到试验处理信息，A相机按预设时间间隔或预设转动板转动角度，拍摄多张盆栽植株侧面表型信息，B相机拍摄盆栽植株顶部表型信息；侧面表型信息与顶部表型信息用于图像分析处理，并与试验处理信息匹配，储存；
S5、完成拍摄后转动板重置于原始位，Y轨电动小车将盆栽植株运至第一X轨道或第二X轨道的端部，对接轨与第一X轨道或第二X轨道对接，X轨电动小车运行至第一X轨道或第二X轨道；
S6、将盆栽植株从X轨电动小车上搬下；
完成一株盆栽植株的表型特征获取。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116147490A (zh) * | 2023-04-17 | 2023-05-23 | 慧诺瑞德（北京）科技有限公司 | 高通量植物表型信息采集测量系统及方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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