CN116147490A - 高通量植物表型信息采集测量系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种高通量植物表型信息采集测量系统及方法，高通量植物表型信息采集测量系统包括：至少一个苗床，苗床用于放置多个容器，容器内盛放有植物；固定式表型信息采集测量装置，与苗床间隔设置，用于采集植物的表型信息；至少一个移动搬运装置，移动搬运装置用于搬运容器在苗床与固定式表型信息采集测量装置之间往复移动，以将植物从苗床搬运至固定式表型信息采集测量装置内进行表型信息采集，或者将植物从固定式表型信息采集测量装置搬运至苗床上进行存放。本申请提供的高通量植物表型信息采集测量系统及方法简单方便，占用空间小，省时省力，可以高效快捷的实现高通量的植物表型信息采集工作，采集的表型信息效果好，准确性高。

Description

高通量植物表型信息采集测量系统及方法
技术领域
本申请涉及植物表型信息采集技术领域，尤其涉及一种高通量植物表型信息采集测量系统及方法。
背景技术
植物表型是反映植物结构及组成、植物生长发育过程及结果的全部物理、生理、生化特征和性状，精准获取植物的表型信息是农业科研的重要基础，通过对植物多角度采集图像并结合人工智能算法，可以实现植物三维结构的重构以及表型信息提取。
对于室内高通量的植物表型信息的采集测量，目前的采集系统主要分为两类，一类是利用带有传送带式的采集设备，通过人工将植物搬运到传送带上，并将植物运至采集设备内进行表型信息采集测量，但这样的采集设备占地面积较大，并且需要人力配合，费时费力；另一类是利用移动式的采集设备，通过控制采集设备移动到相应的植物位置处进行表型信息采集，但这样的采集设备不能提供一个稳定的采集环境，会降低表型信息的采集效果和准确性，因此，亟需一种简单高效的高通量植物表型信息采集测量系统。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提出一种高通量植物表型信息采集测量系统及方法，以解决背景技术中提及的相关问题。
基于上述目的，本申请的第一方面，提供了一种高通量植物表型信息采集测量系统，包括：至少一个苗床，所述苗床用于放置多个容器，所述容器内盛放有植物；固定式表型信息采集测量装置，与所述苗床间隔设置，用于采集所述植物的表型信息；至少一个移动搬运装置，所述移动搬运装置用于搬运所述容器在所述苗床与所述固定式表型信息采集测量装置之间往复移动，以将所述植物从所述苗床搬运至所述固定式表型信息采集测量装置内进行表型信息采集，或者将所述植物从所述固定式表型信息采集测量装置搬运至所述苗床上进行存放。
进一步地，所述苗床上设有多个限位槽孔，所述限位槽孔用于放置所述容器；所述容器的侧壁设有标签，所述标签上设有相应的电子识别码；所述容器为花盆，所述限位槽孔的直径大于所述花盆底部直径，且小于所述花盆顶部直径，所述限位槽孔的高度为所述花盆高度的2/3；或者，所述容器为植物培养根管，所述限位槽孔的直径等于所述植物培养根管的直径，所述限位槽孔的高度为所述植物培养根管高度的4/5。
进一步地，所述移动搬运装置，包括：移动底盘，用于移动；夹取组件，设置在所述移动底盘顶部，用于夹取所述容器，所述夹取组件的夹取端设有扫描相机，所述扫描相机用于拍摄所述容器的标签照片；转移架，设置在所述移动底盘顶部，并与所述夹取组件相对设置，用于放置所述夹取组件夹取的所述容器；工控机，设置在所述移动底盘内部，与所述夹取组件电连接，用于控制所述夹取组件夹取相应的所述容器；与所述移动底盘电连接，用于控制所述移动底盘移动至指定位置；与所述扫描相机电连接，用于控制所述扫描相机拍照并接收照片；所述工控机连接有定位模块，所述定位模块用于确定所述移动底盘的位置；所述工控机连接有第一通信模块，所述第一通信模块用于与云平台通信连接。
进一步地，所述固定式表型信息采集测量装置包括：箱体；旋转台，位于所述箱体内底部，用于转动以及盛放所述容器；采集测量组件，设置在所述箱体内且位于所述旋转组件上方，用于采集所述植物的图像；第一传动组件，设置在所述箱体内，与所述采集测量组件滑动连接，用于控制所述采集测量组件沿第一水平方向往复移动；第二传动组件，设置在所述箱体内，与所述第一传动组件滑动连接，具有控制所述第一传动组件沿第二水平方向往复移动的第一状态和沿竖直方向往复移动的第二状态，所述第二水平方向与所述第一水平方向相互垂直；控制单元，设置在所述箱体内，与所述旋转台电连接，用于控制所述旋转台转动以带动所述植物转动；与所述第一传动组件电连接，用于控制所述第一传动组件驱动所述采集测量组件沿所述第一水平方向移动至指定位置；与所述第二传动组件电连接，用于控制所述第二传动组件驱动所述第一传组件移动，以带动所述采集测量组件沿所述第二水平方向或竖直方向移动至指定位置；与所述采集测量组件电连接，用于控制所述采集测量组件进行图像采集并接收所述图像；所述控制单元连接有处理模块，所述处理模块用于对所述图像进行数据处理得到表型信息；所述控制单元连接有第二通信模块，所述第二通信模块用于与云平台通信连接。
进一步地，所述第一传动组件为直线导轨滑台模组，所述直线导轨滑台模组的滑台上垂直安装有所述采集测量组件；所述第一传动组件的两端分别连接有一个所述第二传动组件；所述第二传动组件包括：主动链轮，设置在所述箱体的侧壁上；两个从动链轮，沿所述第二水平方向分别设置在所述箱体的顶部两端，其中一个所述从动链轮位于所述主动链轮的正上方；所述主动链轮和两个所述从动链轮之间通过链条连接，所述第一传动组件的端部连接在所述链条上；支撑轮，设置在所述箱体内顶部，位于所述链条外侧并与所述链条相抵接，用于支撑所述链条以使所述链条保持竖直或水平。
进一步地，所述表型信息采集组件包括RGB相机、高光谱相机、热成像仪、激光雷达、三维激光扫描仪、荧光相机和多光谱相机中的一种或多种；所述箱体的侧面设有铰接的门，所述门与所述箱体之间连接有伸缩杆，所述控制单元与所述伸缩杆电连接，用于控制所述伸缩杆伸缩，以开启或关闭所述门；所述采集测量组件沿所述第一水平方向的两侧分别设有一个补光灯。
本申请的第二方面，提供了一种高通量植物表型信息采集测量方法，使用如上第一方面所述的高通量植物表型信息采集测量系统，所述高通量植物表型信息采集测量方法包括：通过云平台确定需要进行采集测量的目标植物以及相应的表型信息类型；控制所述移动搬运装置移动至所述目标植物所在的苗床，并搬运所述目标植物；控制所述移动搬运装置移动至所述固定式表型信息采集测量装置，并将所述目标植物搬运到所述固定式表型信息采集测量装置内；根据所述表型信息类型对所述目标植物进行图像采集，对所述图像进行数据处理得到表型信息；控制所述移动搬运装置搬运所述目标植物，并移动回所述目标植物原所在苗床处，将所述目标植物搬运回所述苗床上原位置。
进一步地，所述控制所述移动搬运装置移动至所述目标植物所在的苗床，并搬运所述目标植物，包括：控制所述移动搬运装置移动至所述目标植物所在的苗床；利用所述移动搬运装置的扫描相机拍摄所述苗床上的所述容器的标签照片；响应于所述标签照片的识别码与所述目标植物的识别码相同，则该容器对应的植物为所述目标植物，控制所述移动搬运装置搬运所述目标植物。
进一步地，所述图像包括利用所述固定式表型信息采集测量装置的采集测量组件在相同时刻采集所述目标植物的第一图像和第二图像，所述数据处理包括图像分割，所述图像分割包括：利用图像分割算法对所述第一图像进行图像分割得到第一分割图像；根据所述第一分割图像的分割边缘确定多个第一特征点，并得到所述第一特征点相应的第一横纵坐标；根据预先获得的第一图像-第二图像特征点坐标对应关系以及所述第一横纵坐标得到所述第二图像对应的第二横纵坐标，根据第二横纵坐标确定相应的第二特征点；根据多个所述第二特征点对所述第二图像进行图像分割得到第二分割图像。
进一步地，所述第一图像-第二图像特征点坐标对应关系的获得方法包括：选取24色标准色卡作为待测物，并在所述待测物上选定至少两个目标点；将所述待测物放置在所述固定式表型信息采集测量装置内，利用所述采集测量组件在相同时刻对所述待测物进行图像采集，得到测试第一图像和测试第二图像；根据所述目标点从所述测试第一图像中确定对应的第一目标特征点，并得到所述第一目标特征点相应的第一横纵坐标数值；根据所述目标点从所述测试第二图像中确定对应的第二目标特征点，并得到所述第二目标特征点相应的第二横纵坐标数值；根据所述第一横纵坐标数值和所述第二横纵坐标数值确定第一图像-第二图像特征点坐标对应关系为
Figure SMS_1
，其中，a、b、c、d均为常数，/>
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为第一图像中第一特征点的第一横纵坐标，/>
Figure SMS_3
为第二图像中与所述第一特征点相对应的第二特征点的第二横纵坐标。
从上面所述可以看出，本申请提供的高通量植物表型信息采集测量系统及方法，设置至少一个苗床用于放置需要采集测量的多个植物；通过设置固定式表型信息采集测量装置，相对于传送带式的采集设备占地面积小，相对于移动式的采集设备，可以给植物提供稳定的表型信息采集环境，提高采集到的表型信息的效果和准确性；苗床与固定式表型信息采集测量装置间隔设置，通过设置移动搬运装置，可以搬运容器在苗床与固定式表型信息采集测量装置之间往复移动，这样代替人工操作，更加方便；设置至少一个移动搬运装置，可以将植物从苗床搬运至固定式表型信息采集测量装置内进行表型信息采集，也可以将植物从固定式表型信息采集测量装置搬运至苗床上进行存放，通过这样的往复操作，可以实现高通量的植物表型信息采集测量工作；该高通量植物表型信息采集测量系统及方法，简单方便，占用空间小，省时省力，可以高效快捷的实现高通量的植物表型信息采集工作，采集的表型信息效果好，准确性高。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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为本申请实施例中一种高通量植物表型信息采集测量系统的结构示意图；
图2为本申请实施例中苗床的结构示意图；
图3为本申请实施例中移动搬运装置的结构示意图；
图4为本申请实施例中固定式表型信息采集测量装置的立体结构示意图；
图5为本申请实施例中固定式表型信息采集测量装置的主视图；
图6为本申请实施例中一种高通量植物表型信息采集测量方法的流程示意图。
附图标记：1、苗床；1-1、限位槽孔；2、容器；2-1、标签；3、固定式表型信息采集测量装置；3-1、箱体；3-2、旋转台；3-3、采集测量组件；3-4、第一传动组件；3-5、第二传动组件；3-5-1、主动链轮；3-5-2、从动链轮；3-5-3、链条；3-5-4、支撑轮；3-5-5、电机；3-6、控制单元；3-7、处理模块；3-8、门；3-9、伸缩杆；3-10、补光灯；4、移动搬运装置；4-1、移动底盘；4-2、夹取组件；4-2-1、转动盘；4-2-2、第一连接部；4-2-3、第二连接部；4-2-4、丝杆导轨；4-2-5、夹爪；4-2-6、压力传感器；4-3、扫描相机；4-4、转移架。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本申请进一步详细说明。
需要说明的是，除非另外定义，本申请实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
植物表型是反映植物结构及组成、植物生长发育过程及结果的全部物理、生理、生化特征和性状，精准获取植物的表型信息是农业科研的重要基础，通过对植物多角度采集图像并结合人工智能算法，可以实现植物三维结构的重构以及表型信息提取。
对于室内高通量的植物表型信息的采集测量，目前的采集系统主要分为两类，一类是利用带有传送带式的采集设备，通过人工将植物搬运到传送带上，并将植物运至采集设备内进行表型信息采集测量，但这样的采集设备占地面积较大，并且需要人力配合，费时费力；另一类是利用移动式的采集设备，通过控制采集设备移动到相应的植物位置处进行表型信息采集，但这样的采集设备不能提供一个稳定的采集环境，例如不能提供稳定的暗室光环境，会降低表型信息的采集效果和准确性，因此，亟需一种简单高效的高通量植物表型信息采集测量系统。
以下，通过具体的实施例并结合图1-6进一步详细说明本申请的技术方案。
本申请的一些实施例中提供了一种高通量植物表型信息采集测量系统，如图1所示，包括：至少一个苗床1，所述苗床1用于放置多个容器2，所述容器2内盛放有植物；固定式表型信息采集测量装置3，与所述苗床1间隔设置，用于采集所述植物的表型信息；至少一个移动搬运装置4，所述移动搬运装置4用于搬运所述容器2在所述苗床1与所述固定式表型信息采集测量装置3之间往复移动，以将所述植物从所述苗床1搬运至所述固定式表型信息采集测量装置3内进行表型信息采集，或者将所述植物从所述固定式表型信息采集测量装置3搬运至所述苗床1上进行存放。
容器2例如为花盆，具体不做限定，苗床1的结构如图2所示，一般放置在室内进行植物培育等，设置至少一个苗床1用于放置需要采集测量的多个植物。
固定式表型信息采集测量装置3例如为表型信息采集箱，具体不做限定，通过设置固定式表型信息采集测量装置3，相对于传送带式的采集设备占地面积小，相对于移动式的采集设备，可以给植物提供稳定的表型信息采集环境，提高采集到的表型信息的效果和准确性。
移动搬运装置4例如为带有机械臂的搬运车，具体不做限定，可以根据指令执行搬运和移动动作；苗床1与固定式表型信息采集测量装置3间隔设置，通过设置移动搬运装置4，可以搬运容器2在苗床1与固定式表型信息采集测量装置3之间往复移动，这样代替人工操作，更加方便。
设置至少一个移动搬运装置4，例如为三个，可以不断将植物从苗床1搬运至固定式表型信息采集测量装置3内进行表型信息采集，也可以将植物从固定式表型信息采集测量装置3搬运至苗床1上进行存放，通过这样的往复操作，可以实现高通量的植物表型信息采集测量工作。
该高通量植物表型信息采集测量系统简单方便，占用空间小，省时省力，可以高效快捷的实现高通量的植物表型信息采集工作，采集的表型信息效果好，准确性高。
在一些实施例中，如图2所示，所述苗床1上设有多个限位槽孔1-1，所述限位槽孔1-1用于放置所述容器2；所述容器2的侧壁设有标签2-1，所述标签2-1上设有相应的电子识别码。
如图2所示，限位槽孔1-1例如设置为两排，这样可以放置多个容器2，同时不影响移动搬运装置4对容器2的搬运动作；如果限位槽孔1-1设置为三排，移动搬运装置4在搬运中间排的容器2时就会受到两边容器2干扰，可能对植物造成损害。
每个容器2的侧壁设置有标签2-1，标签2-1上设有电子识别码，电子识别码包含容器2所盛放的植物信息、位置信息等，可以方便后续移动搬运装置4对容器2进行识别，进而对目标植物进行搬运；还可以方便后续进行表型信息采集时对植物的角度进行校准，例如默认标签2-1正对的方向为0°等，这样随着植物生长对不同时期的植物进行表型信息采集后，还可以比较相同角度下植物的变化情况，对比效果更准确；电子识别码还可以用于对采集后的表型信息进行保存路径命名，便于区分不同植物。
在一些实施例中，如图2所示，所述容器2为花盆，所述限位槽孔1-1的直径大于所述花盆底部直径，且小于所述花盆顶部直径，所述限位槽孔1-1的高度为所述花盆高度的2/3；或者，所述容器2为植物培养根管，所述限位槽孔1-1的直径等于所述植物培养根管的直径，所述限位槽孔1-1的高度为所述植物培养根管高度的4/5。
如图2所示，容器2为带沿花盆，限位槽孔1-1的直径大于花盆底部直径，且小于花盆顶部直径，例如为花盆顶部直径的2/3，这样花盆可以放进限位槽孔1-1后卡住，保持稳定；限位槽孔1-1的高度为花盆高度的2/3，这样花盆稳定性好，并且方便移动搬运装置4夹取搬运。
容器2也可以为植物培养根管，限位槽孔1-1的直径等于植物培养根管的直径，这样植物培养根管可以放进限位槽孔1-1；限位槽孔1-1的高度为植物培养根管高度的4/5，因为植物培养根管的高度通常较高，这样放置稳定性好，并且方便移动搬运装置4夹取搬运。
在一些实施例中，如图3所示，所述移动搬运装置4，包括：移动底盘4-1，用于移动；夹取组件4-2，设置在所述移动底盘4-1顶部，用于夹取所述容器2，所述夹取组件4-2的夹取端设有扫描相机4-3，所述扫描相机4-3用于拍摄所述容器2的标签2-1照片；转移架4-4，设置在所述移动底盘4-1顶部，并与所述夹取组件4-2相对设置，用于放置所述夹取组件4-2夹取的所述容器2；工控机，设置在所述移动底盘4-1内部，与所述夹取组件4-2电连接，用于控制所述夹取组件4-2夹取相应的所述容器2；与所述移动底盘4-1电连接，用于控制所述移动底盘4-1移动至指定位置；与所述扫描相机4-3电连接，用于控制所述扫描相机4-3拍照并接收照片；所述工控机连接有定位模块，所述定位模块用于确定所述移动底盘4-1的位置；所述工控机连接有第一通信模块，所述第一通信模块用于与云平台通信连接。
移动底盘4-1底部设有轮子，内部设有驱动件，可以驱动移动底盘4-1进行移动。
夹取组件4-2用于夹取容器2实现植物搬运，如图3所示，夹取组件4-2包括转动盘4-2-1，转动盘4-2-1设置在移动底盘4-1顶部，用于实现360°转动；转动盘4-2-1顶部铰接有第一连接部4-2-2，用于实现夹取组件4-2弯折；第一连接部4-2-2顶部铰接有第二连接部4-2-3，用于实现夹取组件4-2弯折，便于夹取组件4-2调整高度和角度，方便灵活地夹取植物；第二连接部4-2-3的端部连接有丝杆导轨4-2-4，丝杆导轨4-2-4上套设有相对设置的两个弧形夹爪4-2-5，通过驱动件控制丝杆顺时针转动可以使两个夹爪4-2-5相互靠近以夹紧容器2，控制丝杆逆时针转动可以使两个夹爪4-2-5相互远离以松开容器2；丝杆导轨4-2-4上设有导杆，对夹爪4-2-5起到限位作用，使夹爪4-2-5运动时保持平稳；弧形夹爪4-2-5与容器2侧壁更配合，夹取稳定性好；夹爪4-2-5的内壁设有压力传感器4-2-6，当测量压力达到预设值时停止驱动夹爪4-2-5，确保夹紧容器2，且不损害植物；丝杆导轨4-2-4上设有扫描相机4-3，用于拍摄容器2的标签2-1照片进行目标植物的确认，扫描相机4-3还可以拍摄室内的照片并上传云平台，进而方便构建室内地图。
移动底盘4-1上还设有转移架4-4，与夹取组件4-2相对设置，转移架4-4上设有凹槽，用于放置夹取组件4-2夹取的容器2，确保稳定。
移动底盘4-1内部设有工控机，工控机与夹取组件4-2电连接，用于控制夹取组件4-2夹取相应的容器2；工控机与移动底盘4-1电连接，用于控制移动底盘4-1移动至指定位置；工控机与扫描相机4-3电连接，用于控制扫描相机4-3拍照并接收照片；工控机连接有定位模块，例如为GPS定位模块，用于确定移动底盘4-1的位置，方便进行移动；工控机连接有第一通信模块，例如为5G通信模块，第一通信模块用于与云平台通信连接，可以接收搬运指令，目标植物的位置信息等，也可以发送容器2的标签2-1照片，室内照片等。
在一些实施例中，如图4和图5所示，所述固定式表型信息采集测量装置3包括：箱体3-1；旋转台3-2，位于所述箱体3-1内底部，用于转动以及盛放所述容器2；采集测量组件3-3，设置在所述箱体3-1内且位于所述旋转组件上方，用于采集所述植物的图像；第一传动组件3-4，设置在所述箱体3-1内，与所述采集测量组件3-3滑动连接，用于控制所述采集测量组件3-3沿第一水平方向往复移动；第二传动组件3-5，设置在所述箱体3-1内，与所述第一传动组件3-4滑动连接，具有控制所述第一传动组件3-4沿第二水平方向往复移动的第一状态和沿竖直方向往复移动的第二状态，所述第二水平方向与所述第一水平方向相互垂直；控制单元3-6，设置在所述箱体3-1内，与所述旋转台3-2电连接，用于控制所述旋转台3-2转动以带动所述植物转动；与所述第一传动组件3-4电连接，用于控制所述第一传动组件3-4驱动所述采集测量组件3-3沿所述第一水平方向移动至指定位置；与所述第二传动组件3-5电连接，用于控制所述第二传动组件3-5驱动所述第一传组件移动，以带动所述采集测量组件3-3沿所述第二水平方向或竖直方向移动至指定位置；与所述采集测量组件3-3电连接，用于控制所述采集测量组件3-3进行表型信息采集并接收表型信息；所述控制单元3-6连接有处理模块3-7，所述处理模块3-7用于对所述图像进行数据处理得到表型信息；所述控制单元3-6连接有第二通信模块，所述第二通信模块用于与云平台通信连接。
箱体3-1用于提供暗室环境，避免采集表型信息时受到外界干扰。
旋转台3-2用于放置容器2，内置驱动件，可以驱动旋转台3-2转动，进而带动容器2转动，从而实现多个角度的植物图像采集。
采集测量组件3-3包括RGB相机、高光谱相机、热成像仪、激光雷达、三维激光扫描仪、荧光相机和多光谱相机中的一种或多种，具体不做限定，可以采集RGB图像，热像图等多源信息。
如图4所示，A方向为第一水平方向，B方向为第二水平方向，C方向为竖直方向；设置第一传动组件3-4与采集测量组件3-3滑动连接，可以控制采集测量组件3-3沿第一水平方向往复移动；设置第二传动组件3-5与第一传动组件3-4滑动连接，可以控制第一传动组件3-4沿第二水平方向往复移动或者沿竖直方向往复移动；当控制采集测量组件3-3沿第一水平方向和第二水平方向运动时，可以实现对植物顶部的图像进行采集，当控制采集测量组件3-3沿第一水平方向和竖直方向运动时，可以实现对植物侧面的图像进行采集，这样仅仅利用一组采集测量组件3-3，就可以实现多角度的图像采集，方便快捷，灵活性高，大大提高资源利用率，成本低。
控制单元3-6例如为PLC控制器，与旋转台3-2电连接，用于控制旋转台3-2转动以带动植物转动；与第一传动组件3-4电连接，用于控制第一传动组件3-4驱动采集测量组件3-3沿第一水平方向移动至指定位置；与第二传动组件3-5电连接，用于控制第二传动组件3-5驱动第一传组件移动，以带动采集测量组件3-3沿第二水平方向或竖直方向移动至指定位置；与采集测量组件3-3电连接，用于控制采集测量组件3-3进行图像采集并接收图像。
控制单元3-6连接有处理模块3-7，例如为数据处理芯片，用于对图像进行数据处理得到表型信息，针对采集的多角度、多源图像执行分析处理，处理步骤涵盖多源图像配准、空间表型和时间表型计算提取和数据传输，通过图像分割算法分割植物多源图像的感兴趣区域，并且根据植物三维点云进行高度补偿换算成像距离，通过物像关系，计算植物实际高度、倾角、积温和颜色在内的形态结构、生理表型参数和组分含量性状以及变化趋势。
控制单元3-6连接有第二通信模块，第二通信模块例如为5G通信模块，用于与云平台通信连接，可以传输表型信息等。
在一些实施例中，如图4和图5所示，所述第一传动组件3-4为直线导轨滑台模组，所述直线导轨滑台模组的滑台上垂直安装有所述采集测量组件3-3；所述第一传动组件3-4的两端分别连接有一个所述第二传动组件3-5；所述第二传动组件3-5包括：主动链轮3-5-1，设置在所述箱体3-1的侧壁上；两个从动链轮3-5-2，沿所述第二水平方向分别设置在所述箱体3-1的顶部两端，其中一个所述从动链轮3-5-2位于所述主动链轮3-5-1的正上方；所述主动链轮3-5-1和两个所述从动链轮3-5-2之间通过链条3-5-3连接，所述第一传动组件3-4的端部连接在所述链条3-5-3上；支撑轮3-5-4，设置在所述箱体3-1内顶部，位于所述链条3-5-3外侧并与所述链条3-5-3相抵接，用于支撑所述链条3-5-3以使所述链条3-5-3保持竖直或水平。
采集测量组件3-3垂直安装在直线导轨滑台模组的滑台上，通过驱动件驱动滑台移动进而带动采集测量组件3-3沿第一水平方向移动。
第二传动组件3-5为链条3-5-3传动机构，包括两组，沿第一水平方向设置在箱体3-1的顶部两端，第一传动组件3-4的端部分别与一组第二传动组件3-5连接。
第二传动组件3-5包括链条3-5-3，一个主动链轮3-5-1，两个从动链轮3-5-2和一个支撑轮3-5-4，如图4所示，两个从动链轮3-5-2，沿第二水平方向分别设置在箱体3-1的顶部两端，其中一个从动链轮3-5-2位于主动链轮3-5-1的正上方；主动链轮3-5-1和两个从动链轮3-5-2之间通过链条3-5-3连接，而第一传动组件3-4的端部固定在链条3-5-3上，这样第一传动组件3-4随着链条3-5-3在两个从动链轮3-5-2之间运动时，就可以实现采集测量组件3-3沿第二水平方向移动；第一传动组件3-4随着链条3-5-3在一个从动链轮3-5-2和主动链轮3-5-1之间运动时，就可以实现采集测量组件3-3沿竖直方向移动；如图4所示，支撑轮3-5-4位于两个从动链轮3-5-2之间的下方，通过在链条3-5-3外侧设置支撑轮3-5-4并与链条3-5-3相抵接，可以支撑链条3-5-3，防止链条3-5-3下垂倾斜，以使链条3-5-3保持竖直或水平，而采集测量组件3-3又垂直安装在直线导轨滑台模组的滑台上，这样采集测量组件3-3在拍摄植物顶部和侧面的图像时，都可以正对着植物，测量更加标准方便。
两组第二传动组件3-5的相对应的链轮和支撑轮3-5-4均通过轴连接，通过电机3-5-5控制主动链轮3-5-1的轴转动，进而可以带动两组第二传动组件3-5转动；当链条3-5-3带动采集测量组件3-3移动到支撑轮3-5-4处时，采集测量组件3-3进行翻转，朝向由竖直变为水平或由水平变为竖直。
在一些实施例中，如图4和图5所示，所述箱体3-1的侧面设有铰接的门3-8，所述门3-8与所述箱体3-1之间连接有伸缩杆3-9，所述控制单元3-6与所述伸缩杆3-9电连接，用于控制所述伸缩杆3-9伸缩，以开启或关闭所述门3-8；所述采集测量组件3-3沿所述第一水平方向的两侧分别设有一个补光灯3-10。
箱体3-1的侧面设有铰接的门3-8，门3-8与箱体3-1之间铰接有伸缩杆3-9，通过控制伸缩杆3-9伸缩可以开启或关闭门3-8，这样门3-8关闭时可以提供稳定的表型信息采集环境，避免外界光线对成像干扰；门3-8开启时可以搬运植物。
在采集测量组件3-3沿第一水平方向的两侧分别设置一个补光灯3-10，一方面可以提供均匀的光线，保证采集效果；另一方面确保补光灯3-10和采集测量组件3-3相对位置固定，使每次采集的图像效果保持相同，便于对不同图像的表型信息进行对比，干扰性低。
本申请的一些实施例中，提供了一种高通量植物表型信息采集测量方法，使用如上任一实施例所述的高通量植物表型信息采集测量系统，如图6所示，所述高通量植物表型信息采集测量方法包括以下步骤：
S1、通过云平台确定需要进行采集测量的目标植物以及相应的表型信息类型。
可以在云平台预先录入室内的地图信息，以及苗床1存放的植物信息等，植物信息包括植物品种或基因型、植物编号、植物培养位置在内的相关信息；所需采集表型信息包括但不限于：形态结构参数例如株高、叶长、叶倾角、叶数、穗数等和植物变化趋势等，以及光合作用效率等生理表型参数和组分含量性状及其变化趋势等；还可以通过云平台设置一些工作参数，包括移动搬运装置4的运行速度，表型信息和图片上传保存路径和保存格式，为每个植物编码位置信息，搬运路径等。
通过云平台确定需要进行采集测量的目标植物以及相应的表型信息类型，为后续采集测量提供基础。
S2、控制所述移动搬运装置4移动至所述目标植物所在的苗床1，并搬运所述目标植物。
移动搬运装置4可以接收搬运指令，搬运路径信息和目标植物信息，根据指令和信息搬运目标植物。
S3、控制所述移动搬运装置4移动至所述固定式表型信息采集测量装置3，并将所述目标植物搬运到所述固定式表型信息采集测量装置3内。
移动搬运装置4移动至固定式表型信息采集测量装置3处后将目标植物搬运到旋转台3-2上，关闭门3-8进行表型信息采集测量。
S4、根据所述表型信息类型对所述目标植物进行图像采集，对所述图像进行数据处理得到表型信息。
根据表型信息类型对目标植物进行相应的图像采集以及数据处理得到表型信息，完成表型信息的采集测量工作。
S5、控制所述移动搬运装置4搬运所述目标植物，并移动回所述目标植物原所在苗床1处，将所述目标植物搬运回所述苗床1上原位置。
采集测量完成后开启门3-8，并控制移动搬运装置4搬运目标植物至苗床1原位置，以便后续继续培养。
该高通量植物表型信息采集测量方法简单方便，省时省力，可以高效快捷的实现高通量的植物表型信息采集工作，采集的表型信息效果好，准确性高。
在一些实施例中，步骤S2包括：
S201、控制所述移动搬运装置4移动至所述目标植物所在的苗床1。
S202、利用所述移动搬运装置4的扫描相机4-3拍摄所述苗床1上的所述容器2的标签2-1照片。
移动平台可以将标签2-1照片上传云平台，云平台可以将标签2-1照片上识别码与目标植物的识别码进行对比，以便确认该容器2内的植物是否是目标植物。
S203、响应于所述标签2-1照片的识别码与所述目标植物的识别码相同，则该容器2对应的植物为所述目标植物，控制所述移动搬运装置4搬运所述目标植物。
响应于标签2-1照片的识别码与目标植物的识别码相同，代表该容器2对应的植物是目标植物，则控制移动搬运装置4搬运该目标植物进行表型信息采集测量，以确保准确性。
在一些实施例中，步骤S3包括：
S301、根据所述表型信息类型确定所述采集测量组件3-3的目标设置位置以及所述容器2的目标旋转角度。
目标设置位置例如在箱体3-1的顶部或侧部任意位置，目标旋转角度例如为0°至360°，进行植物顶部的图像采集时需要将采集测量组件3-3设置在箱体3-1顶部；进行植物侧面的图像采集时需要将采集测量组件3-3设置在箱体3-1侧部；进行植物不同的侧面图像采集时，需要将旋转台3-2转动不同角度。
S302、利用所述采集测量组件3-3拍摄所述旋转台3-2上的所述容器2的标签2-1照片，根据所述标签2-1照片控制所述旋转台3-2旋转，使所述容器2旋转至初始旋转角度。
设置初始旋转角度为0°，标签2-1照片中的标签2-1正对着门3-8时的角度为初始旋转角度，这样根据拍摄标签2-1照片可以确定容器2当前的状态，通过转动旋转台3-2进行校正，使容器2旋转至初始旋转角度，为后续图像采集提供基准。
S303、根据所述目标旋转角度控制所述旋转台3-2旋转，以带动所述容器2旋转至所述目标旋转角度。
容器2旋转至目标旋转角度，以便进行所需要的图像的采集。
S304、根据所述目标设定位置控制所述第一传动组件3-4和所述第二传动组件3-5运行，以带动所述采集测量组件3-3至所述目标设定位置。
采集测量组件3-3移动至目标设定位置，以便进行所需要的图像的采集。
S305、利用所述采集测量组件3-3对所述目标植物进行图像采集。
可以从俯视和侧视多角度灵活采集植株和根系的多源时序图像和光谱数据，可以实现同视角植物生长追踪对比。
在一些实施例中，所述图像包括利用所述固定式表型信息采集测量装置3的采集测量组件3-3在相同时刻采集所述目标植物的第一图像和第二图像，第一图像和第二图像是不同种类的植物图像，例如第一图像例如为RGB图像，第二图像例如为热像图。
所述数据处理包括图像分割，所述图像分割包括：
S306、利用图像分割算法对所述第一图像进行图像分割得到第一分割图像。
S307、根据所述第一分割图像的分割边缘确定多个第一特征点，并得到所述第一特征点相应的第一横纵坐标。
S308、根据预先获得的第一图像-第二图像特征点坐标对应关系以及所述第一横纵坐标得到所述热像图对应的第二横纵坐标，根据第二横纵坐标确定相应的第二特征点。
S309、根据多个所述第二特征点对所述第二图像进行图像分割得到第二分割图像。
在进行表型信息提取时，通常会利用图像分割算法对图像进行分割，图像分割算法是把图像分成若干个特定的、具有独特性质的区域并提取感兴趣区域的方法，而对于不同类型的图像进行图像分割的效果并不相同，例如通常的图像分割算法可以对植物的RGB图像进行较为准确的图像分割，而对于植物热像图，因为植物与背景温差较少，在图像分割时会造成分割误差，所以准确率较低。
通过图像分割算法对RGB图像进行图像分割得到较为准确的第一分割图像，根据第一分割图像的分割边缘可以确定边缘上的多个第一特征点，并得到相应的第一横纵坐标；再根据预先获得的RGB图像-热像图特征点坐标对应关系可以得到相对应的第二横纵坐标，确定第一特征点在热像图中对应的第二特征点；然后再根据多个第二特征点对热像图进行图像分割得到第二分割图像，例如将相邻的两个第二特征点进行连线得到分割边缘，利用分割边缘对热像图进行图像分割，就可以得到分割准确率更高的热像图，这样根据多源数据配准的方式，实现了更为充分、精准、全面的植株表型获取。
根据使用场景的不同，第一图像、第二图像也可以为其他图像，用分割效果较好的第一图像来辅助分割第二图像，提高第二图像的分割准确率，例如在一些实施例中，第一图像例如为荧光图像，第二图像为RGB图像，在进行反射率较高的绿色植物表型信息采集时，因为反光影响，可能会导致RGB图像不清晰，图像分割不准确，而荧光图像可以相对更准确地被分割，因此可以利用荧光图像采用步骤S306至S309对RGB图像进行分割，效果与前述相同，在此不做赘述。
在一些实施例中，所述第一图像-第二图像特征点坐标对应关系的获得方法包括：
a、选取24色标准色卡作为待测物，并在所述待测物上选定至少两个目标点。
待测物选取24色标准色卡，因为色卡特征点清晰明确，可以从相应的采集图像中准确找到；选取至少两个特征点作为目标点，为后续计算特征点对应关系提供基础。
b、将所述待测物放置在所述固定式表型信息采集测量装置3内，利用所述采集测量组件3-3在相同时刻对所述待测物进行图像采集，得到测试第一图像和测试第二图像，确保不同采集图像中特征点对应的准确性。
c、根据所述目标点从所述测试第一图像中确定对应的第一目标特征点，并得到所述第一目标特征点相应的第一横纵坐标数值。
d、根据所述目标点从所述测试第二图像中确定对应的第二目标特征点，并得到所述第二目标特征点相应的第二横纵坐标数值。
利用云平台分析测试第一图像和测试第二图像，可以直接确定相应的第一目标特征点和第二目标特征点，以及相应的横纵坐标值。
e、根据所述第一横纵坐标数值和所述第二横纵坐标数值确定第一图像-第二图像特征点坐标对应关系为
Figure SMS_4
，其中，a、b、c、d均为常数，/>
Figure SMS_5
为第一图像中第一特征点的第一横纵坐标，/>
Figure SMS_6
为第二图像中与所述第一特征点相对应的第二特征点的第二横纵坐标。
第一图像例如为RGB图像，第二图像例如为热像图，那么根据两组第一横纵坐标数值和第二横纵坐标数值进行数据配准计算，可以得到RGB图像-热像图特征点坐标对应关系为
Figure SMS_7
，/>
Figure SMS_8
为RGB图像中第一特征点的第一横纵坐标，/>
Figure SMS_9
为热像图中与所述第一特征点相对应的第二特征点的第二横纵坐标，得到两种图像坐标系之间的对应关系，这样在进行图像分割时，可以弥补图像分割算法对热像图分割的误差。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本申请的范围（包括权利要求）被限于这些例子；在本申请的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本申请实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本申请实施例难以理解，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本申请实施例难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本申请实施例的平台的（即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内）。在阐述了具体细节以描述本申请的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本申请实施例。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。
尽管已经结合了本申请的具体实施例对本申请进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。
本申请实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本申请实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高通量植物表型信息采集测量系统，其特征在于，包括：
至少一个苗床，所述苗床用于放置多个容器，所述容器内盛放有植物；
固定式表型信息采集测量装置，与所述苗床间隔设置，用于采集所述植物的表型信息；
至少一个移动搬运装置，所述移动搬运装置用于搬运所述容器在所述苗床与所述固定式表型信息采集测量装置之间往复移动，以将所述植物从所述苗床搬运至所述固定式表型信息采集测量装置内进行表型信息采集，或者将所述植物从所述固定式表型信息采集测量装置搬运至所述苗床上进行存放。
2.根据权利要求1所述的高通量植物表型信息采集测量系统，其特征在于，所述苗床上设有多个限位槽孔，所述限位槽孔用于放置所述容器；
所述容器的侧壁设有标签，所述标签上设有相应的电子识别码；
所述容器为花盆，所述限位槽孔的直径大于所述花盆底部直径，且小于所述花盆顶部直径，所述限位槽孔的高度为所述花盆高度的2/3；
或者，所述容器为植物培养根管，所述限位槽孔的直径等于所述植物培养根管的直径，所述限位槽孔的高度为所述植物培养根管高度的4/5。
3.根据权利要求1所述的高通量植物表型信息采集测量系统，其特征在于，所述移动搬运装置，包括：
移动底盘，用于移动；
夹取组件，设置在所述移动底盘顶部，用于夹取所述容器，所述夹取组件的夹取端设有扫描相机，所述扫描相机用于拍摄所述容器的标签照片；
转移架，设置在所述移动底盘顶部，并与所述夹取组件相对设置，用于放置所述夹取组件夹取的所述容器；
工控机，设置在所述移动底盘内部，与所述夹取组件电连接，用于控制所述夹取组件夹取相应的所述容器；与所述移动底盘电连接，用于控制所述移动底盘移动至指定位置；与所述扫描相机电连接，用于控制所述扫描相机拍照并接收照片；所述工控机连接有定位模块，所述定位模块用于确定所述移动底盘的位置；所述工控机连接有第一通信模块，所述第一通信模块用于与云平台通信连接。
4.根据权利要求1所述的高通量植物表型信息采集测量系统，其特征在于，所述固定式表型信息采集测量装置包括：
箱体；
旋转台，位于所述箱体内底部，用于转动以及盛放所述容器；
采集测量组件，设置在所述箱体内且位于所述旋转组件上方，用于采集所述植物的图像；
第一传动组件，设置在所述箱体内，与所述采集测量组件滑动连接，用于控制所述采集测量组件沿第一水平方向往复移动；
第二传动组件，设置在所述箱体内，与所述第一传动组件滑动连接，具有控制所述第一传动组件沿第二水平方向往复移动的第一状态和沿竖直方向往复移动的第二状态，所述第二水平方向与所述第一水平方向相互垂直；
控制单元，设置在所述箱体内，与所述旋转台电连接，用于控制所述旋转台转动以带动所述植物转动；与所述第一传动组件电连接，用于控制所述第一传动组件驱动所述采集测量组件沿所述第一水平方向移动至指定位置；与所述第二传动组件电连接，用于控制所述第二传动组件驱动所述第一传组件移动，以带动所述采集测量组件沿所述第二水平方向或竖直方向移动至指定位置；与所述采集测量组件电连接，用于控制所述采集测量组件进行图像采集并接收所述图像；所述控制单元连接有处理模块，所述处理模块用于对所述图像进行数据处理得到表型信息；所述控制单元连接有第二通信模块，所述第二通信模块用于与云平台通信连接。
5.根据权利要求4所述的高通量植物表型信息采集测量系统，其特征在于，所述第一传动组件为直线导轨滑台模组，所述直线导轨滑台模组的滑台上垂直安装有所述采集测量组件；所述第一传动组件的两端分别连接有一个所述第二传动组件；
所述第二传动组件包括：
主动链轮，设置在所述箱体的侧壁上；
两个从动链轮，沿所述第二水平方向分别设置在所述箱体的顶部两端，其中一个所述从动链轮位于所述主动链轮的正上方；所述主动链轮和两个所述从动链轮之间通过链条连接，所述第一传动组件的端部连接在所述链条上；
支撑轮，设置在所述箱体内顶部，位于所述链条外侧并与所述链条相抵接，用于支撑所述链条以使所述链条保持竖直或水平。
6.根据权利要求5所述的高通量植物表型信息采集测量系统，其特征在于，所述表型信息采集组件包括RGB相机、高光谱相机、热成像仪、激光雷达、三维激光扫描仪、荧光相机和多光谱相机中的一种或多种；
所述箱体的侧面设有铰接的门，所述门与所述箱体之间连接有伸缩杆，所述控制单元与所述伸缩杆电连接，用于控制所述伸缩杆伸缩，以开启或关闭所述门；
所述采集测量组件沿所述第一水平方向的两侧分别设有一个补光灯。
7.一种高通量植物表型信息采集测量方法，其特征在于，使用如权利要求1-6中任意一项所述的高通量植物表型信息采集测量系统，所述高通量植物表型信息采集测量方法包括：
通过云平台确定需要进行采集测量的目标植物以及相应的表型信息类型；
控制所述移动搬运装置移动至所述目标植物所在的苗床，并搬运所述目标植物；
控制所述移动搬运装置移动至所述固定式表型信息采集测量装置，并将所述目标植物搬运到所述固定式表型信息采集测量装置内；
根据所述表型信息类型对所述目标植物进行图像采集，对所述图像进行数据处理得到表型信息；
控制所述移动搬运装置搬运所述目标植物，并移动回所述目标植物原所在苗床处，将所述目标植物搬运回所述苗床上原位置。
8.根据权利要求7所述的高通量植物表型信息采集测量方法，其特征在于，所述控制所述移动搬运装置移动至所述目标植物所在的苗床，并搬运所述目标植物，包括：
控制所述移动搬运装置移动至所述目标植物所在的苗床；
利用所述移动搬运装置的扫描相机拍摄所述苗床上的所述容器的标签照片；
响应于所述标签照片的识别码与所述目标植物的识别码相同，则该容器对应的植物为所述目标植物，控制所述移动搬运装置搬运所述目标植物。
9.根据权利要求7所述的高通量植物表型信息采集测量方法，其特征在于，所述图像包括利用所述固定式表型信息采集测量装置的采集测量组件在相同时刻采集所述目标植物的第一图像和第二图像，所述数据处理包括图像分割，所述图像分割包括：
利用图像分割算法对所述第一图像进行图像分割得到第一分割图像；
根据所述第一分割图像的分割边缘确定多个第一特征点，并得到所述第一特征点相应的第一横纵坐标；
根据预先获得的第一图像-第二图像特征点坐标对应关系以及所述第一横纵坐标得到所述第二图像对应的第二横纵坐标，根据第二横纵坐标确定相应的第二特征点；
根据多个所述第二特征点对所述第二图像进行图像分割得到第二分割图像。
10.根据权利要求9所述的高通量植物表型信息采集测量方法，其特征在于，所述第一图像-第二图像特征点坐标对应关系的获得方法包括：
选取24色标准色卡作为待测物，并在所述待测物上选定至少两个目标点；
将所述待测物放置在所述固定式表型信息采集测量装置内，利用所述采集测量组件在相同时刻对所述待测物进行图像采集，得到测试第一图像和测试第二图像；
根据所述目标点从所述测试第一图像中确定对应的第一目标特征点，并得到所述第一目标特征点相应的第一横纵坐标数值；
根据所述目标点从所述测试第二图像中确定对应的第二目标特征点，并得到所述第二目标特征点相应的第二横纵坐标数值；
根据所述第一横纵坐标数值和所述第二横纵坐标数值确定第一图像-第二图像特征点坐标对应关系为
Figure QLYQS_1
，其中，a、b、c、d均为常数，/>
Figure QLYQS_2
为第一图像中第一特征点的第一横纵坐标，/>
Figure QLYQS_3
为第二图像中与所述第一特征点相对应的第二特征点的第二横纵坐标。/>
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