CN116897723A - 一种基于植物感光基因调节的光源排列系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于植物感光基因调节的光源排列系统及方法。光源排列系统至少包括：在基板上阵列排布的若干发光装置和与发光装置信号连接的处理模块。发光装置配置有不同发光波长的光源。处理模块根据植物的培育目标生成控制指令并将控制指令发送至发光装置。本发明在基板上阵列排布的若干发光装置并通过处理模块生成控制指令调节每个发光装置的发光方式，从而调整基板上的光源排列。处理模块对发光装置发光方式的调节至少包括确定发光装置是否发光以及发出何种波长的光。本发明的发光装置配置有不同波长的光源。处理模块可以通过控制发光装置参与照明的光线的波长，从而适配不同植物的光照需求。
Description
技术领域
本发明涉及植物照明技术领域，尤其涉及一种基于植物感光基因调节的光源排列系统及方法。
背景技术
现有植物工厂通过人为搭建植物的生长环境并对其进行高精度控制，使得植物处于促进其生长发育的环境中，以此来缩短植物的生长周期。在人为搭建植物的生长环境中，光照环境营造与调控是植物工厂的重点研究之一。现有植物工厂，特别是立体式植物工厂，采用立体的多层种植结构，虽然提高了土地利用效率，但其使用的照明系统较为单一。
例如公开号为CN105638429A的中国专利公开了一种用于人工光植物工厂的可移动式立体多层气雾栽培系统，该装置包括若干栽培架、多组用于所述栽培架移动的地面轨道、用于装载营养液的营养液池、地面排水渠以及计算机控制系统。栽培架包括由上至下间隔布置的多层栽培槽，在各层栽培槽内放置种植板，种植板上开有用于装载植物苗的种植孔，在种植板上方分布有供水管分支架，在供水管分支架上设置有若干雾化喷头用于向植物喷洒营养液；种植孔应贯穿种植板，种植板可单独取下操作，实际种植时，植物苗育好后，用海绵包裹于所述植物苗的根部，然后插于种植板上的种植孔内，根系则悬于栽培槽内，接受来自雾化喷头提供的雾化营养液；在栽培槽底部开有排水口，在每层栽培槽上方均设置有用于植物生长照明用的LED灯管；栽培架还包括供水管和排水管，各层栽培槽上的供水管分支架均与供水管连通，各层栽培槽上的排水口均与排水管连通，排水管将出水导入排水渠中。
公开号为CN112868419A的中国专利公开了一种农业日光传输照明系统和配套的温室以及照明方法。农业日光传输照明系统包括：控制器、聚光镜、主驱动机构、照射器；在控制器的控制下，聚光镜由主驱动机构驱动跟踪太阳，反射和/或折射日光到照射器，照射器对被照物进行照明。照射器是反射镜、透射镜、导光板或其组合，照射器对微藻或植物进行照明。
公开号为CN110521577A的中国专利公开了一种立体种植设备，包括种植架、种植基板和补光板，所述种植基板垂直或者倾斜放置，所述种植架设在种植基板的侧边上，所述种植基板上不同高度间隔设置有若干个种植槽，所述种植架上设有使补光板沿种植基板平面做往复运动的移动组件，所述补光板上设有朝向种植槽照明的LED光源。
但是现有植物工厂的照明系统，照明方式单一，使得植物工厂的兼容性较差，只能用于培育拥有相近光照需求的植物，在培育植物种类发生变化时照明系统不能提供满足其光照需求的光照，因此在更换培育植物时需要重新更换光源。
此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。
发明内容
针对现有技术之不足，本发明提供一种基于植物感光基因调节的光源排列系统。所述光源排列系统至少包括：在基板上阵列排布的若干发光装置和与所述发光装置信号连接的处理模块。优选地，所述发光装置配置有不同发光波长的光源。优选地，所述处理模块根据植物的培育目标生成控制指令并将控制指令发送至所述发光装置。响应于所述控制指令之收到，所述发光装置调整参与照明的光线的波长，从而调整基板上的光源排列，进而通过改变植物光照环境调节植物感光基因的表达。
优选地，本发明在基板上阵列排布的若干发光装置并通过处理模块生成控制指令调节每个发光装置的发光方式，从而调整基板上的光源排列。优选地，处理模块对发光装置发光方式的调节至少包括确定发光装置是否发光以及发出何种波长的光。
优选地，本发明的发光装置配置有不同波长的光源。处理模块可以通过控制发光装置参与照明的光线的波长，从而适配不同植物的光照需求。
根据一种优选实施方式，所述发光装置至少包括以第一波长发光的第一光源、以第二波长发光的第二光源和旋转机构。所述第一光源和所述第二光源以出射光线互不干涉的方式周向设置在所述发光装置上。所述发光装置通过所述旋转机构安装至所述基板。
优选地，发光装置上周向设置有两种以上的出射光线互不干涉的光源。所述发光装置通过所述旋转机构调整光源与基板的相对位置，即，调整光源的出光方向，从而调整所述发光装置在基板上参与照明的光线的波长。
优选地，响应于所述控制指令之收到，所述发光装置通过所述旋转机构进行旋转，使得所述发光装置上参与照明的光源发生改变，从而调整基板上的光源排列，使得植物光照环境发生改变，进而调节植物感光基因的表达。
根据一种优选实施方式，所述光源排列系统还包括采集所述基板照射区域图像的信息采集装置。所述信息采集装置将采集的图像传输至所述处理模块。所述处理模块根据所述图像生成控制指令以调节所述发光装置的发光参数。
优选地，所述处理模块可以从所述图像中提取出植物图像，并通过将植物图像与预存数据库进行对比的方式确定植物的种类及其所处生长状态，从而确定该植物在该生长状态的光照需求。优选地，确定植物的光照需求后，所述处理模块根据植物的光照需求生成控制指令，以调节所述发光装置的发光参数，调整基板上的光源排列，从而改变植物的光照环境，促进使植物生长加速的植物感光基因的表达，进而促进植物生长。
根据一种优选实施方式，所述处理模块根据所述图像确定植物在所述基板照射区域中的位置，以确定所述基板中参与照明的所述发光装置的数量和位置。
优选地，所述处理模块可以根据植物在所述基板照射区域中的位置设置所述基板中参与照明的所述发光装置的数量和位置，使得所述基板在为植物提供照明的情况下，减少对无植物区域的照明，从而提高植物对发光装置发出的光线的利用效率，降低照明能耗。
根据一种优选实施方式，所述处理模块根据所述图像确定植物的种类和所处生长状态，从而确定参与照明的所述发光装置所使用的光源。
优选地，所述处理模块可以根据植物的种类及其所处生长状态设置所述基板中参与照明的所述发光装置所使用的光源，以形成满足该植物在该生长状态光照需求的光照环境，从而促进使植物生长加速的植物感光基因的表达，以促进植物生长。
根据一种优选实施方式，所述处理模块根据所述图像确定植物的形态，以调整所述发光装置的照射方向，从而改变所述植物的受照射角度。
优选地，所述处理模块可以根据植物的形态设置所述发光装置的照射方向，使的照明光线可以斜入射至植物被上层叶片遮挡的下层叶片，从而增大植物的受照射面积和/或改变生长趋势。
根据一种优选实施方式，所述基板上设置有若干用于容纳所述发光装置的出光槽。所述发光装置通过所述旋转机构连接至所述出光槽内。所述基板基于所述发光装置发出的光线照射设置在所述基板下方的栽培板。
优选地，在所述发光装置参与照明时，所述发光装置的发光光源延伸出所述出光槽。所述处理模块通过调节所述发光装置的发光方式，改变所述基板上的光源排列，从而改变栽培板上的光照环境，进而调整植物感光基因的表达，以促进植物生长。
根据一种优选实施方式，所述处理模块通过调整基板上的光源排列，从而改变若干所述发光装置在所述栽培板上所形成的光斑形状。
本发明还提供一种基于植物感光基因调节的光源排列方法。所述光源排列方法至少包括：
在发光装置上配置不同发光波长的光源；
将若干发光装置连接至基板上阵列排布的出光槽内；
采集所述基板照射区域的图像；
根据所述图像生成控制指令以调节所述发光装置的发光参数。
根据一种优选实施方式，所述光源排列方法还包括：根据所述图像确定植物在所述基板照射区域中的位置、植物的形态、植物的种类和所处生长状态，进而对所述发光装置进行调节，从而改变所述基板上的光源排列，使得植物光照环境发生改变，进而调节植物感光基因的表达。
附图说明
图1是本发明提供的一种优选实施方式的光源排列系统的简化示意图；
图2是本发明提供的一种优选实施方式的基板的简化示意图；
图3是本发明提供的一种优选实施方式的发光装置的简化示意图；
图4是本发明提供的一种优选实施方式的发光装置的简化剖视图；
图5是本发明提供的一种优选实施方式的发光装置的简化正视图；
图6是本发明提供的一种优选实施方式的基板的简化剖视图；
图7是应用本发明提供的一种优选实施方式的光源排列系统的示意图；
图8是本发明提供的一种优选实施方式的基板的发光的示意图。
附图标记列表
100：光源排列系统；110：基板；111：出光槽；120：发光装置；121：第一光源；122：第二光源；123：第三光源；124：第四光源；125：旋转机构；126：主体；130：处理模块；140：信息采集装置；150：栽培板。
具体实施方式
下面结合附图1至8进行详细说明。
实施例1
本实施例提供一种基于植物感光基因调节的光源排列系统100。参见图1，优选地，光源排列系统100可以包括：若干发光装置120、处理模块130和信息采集装置140。优选地，处理模块130可以通过信息采集装置140获取培育植物的图像，并根据该图像调节每个发光装置120的发光方式。
优选地，处理模块130可以是诸如，逻辑门阵列、控制器和算术逻辑单元、数字信号处理器、微型计算机、可编程逻辑控制器、现场可编程门阵列、可编程逻辑阵列、微处理器或被配置为以定义的方式响应并执行指令来实现期望的结果的任意其他装置或装置的组合。
优选地，若干发光装置120阵列排布在基板110上。参见图2，优选地，基板110上设置有若干用于容纳发光装置120的出光槽111。优选地，若干出光槽111在基板110的一侧端面上。优选地，发光装置120设置在出光槽111中。优选地，出光槽111可以是向基板110内部凹陷的矩形槽体。
优选地，光源排列系统100可以包括：在基板110上阵列排布的若干发光装置120和与发光装置120信号连接的处理模块130。优选地，发光装置120配置有不同发光波长的光源。参见图3，优选地，发光装置120至少包括以第一波长发光的第一光源121、以第二波长发光的第二光源122和旋转机构125。第一光源121和第二光源122以出射光线互不干涉的方式周向设置在发光装置120上。发光装置120通过旋转机构125安装至基板110。优选地，光源可以是LED光源。
参见图4，优选地，在本实施例中发光装置120可以设置四种发光波长的光源，具体可以是：以第一波长发光的第一光源121、以第二波长发光的第二光源122、以第三波长发光的第三光源123、以第四波长发光的第四光源124。
参见图3和图5，优选地，发光装置120的主体126采用四棱柱体，四种光源分别设置在棱柱侧面，棱柱底面与旋转机构125连接。优选地，旋转机构125可以是步进电机等旋转体。
优选地，发光装置120通过旋转机构125安装至基板110，具体的，发光装置120的电机与基板110出光槽111中的电机支架连接。优选地，电机支架设置在出光槽111内壁上，在发光装置120的电机与电机支架连接的情况下，电机可以带动发光装置120的主体126绕电机轴旋转使得发光装置120与基板110的相对位置发生变化，从而调整发光装置120中各光源与出光槽111开口的位置关系。参见图6，优选地，电机可以带动发光装置120的主体126绕电机轴旋转，从而改变发光装置120位于出光槽111外的光源，进而改变参与照明的光源。
优选地，光源排列系统100可以包括：在基板110上阵列排布的若干发光装置120和与发光装置120信号连接的处理模块130。优选地，发光装置120配置有不同发光波长的光源。优选地，处理模块130根据植物的培育目标生成控制指令并将控制指令发送至发光装置120。响应于控制指令之收到，发光装置120调整参与照明的光线的波长，以调整基板110上的光源排列，从而通过改变植物光照环境调节植物感光基因的表达。
优选地，本发明在基板110上阵列排布的若干发光装置120并通过处理模块130生成控制指令调节每个发光装置120的发光方式，从而调整基板110上的光源排列。优选地，处理模块130对发光装置120发光方式的调节至少包括确定发光装置120是否发光以及发出何种波长的光。
优选地，本发明的发光装置120配置有不同波长的光源。处理模块130可以通过控制发光装置120参与照明的光线的波长，从而适配不同植物的光照需求。
优选地，发光装置120上周向设置有两种以上的出射光线互不干涉的光源。发光装置120通过旋转机构125调整光源与基板110的相对位置，即，调整光源的出光方向，从而调整发光装置120在基板110上参与照明的光线的波长。
优选地，响应于控制指令之收到，发光装置120通过旋转机构125进行旋转，使得发光装置120上参与照明的光源发生改变，从而调整基板110上的光源排列，使得植物光照环境发生改变，进而调节植物感光基因的表达。
优选地，光源排列系统还包括采集基板110照射区域图像的信息采集装置140。信息采集装置140将采集的图像传输至处理模块130。处理模块130根据图像生成控制指令以调节发光装置120的发光参数。优选地，信息采集装置140可以是采集基板110照射区域图像的摄像头。
优选地，基板110上设置有若干用于容纳发光装置120的出光槽111。发光装置120通过旋转机构125连接至出光槽111内。基板110基于发光装置120发出的光线照射设置在基板110下方的栽培板150。
优选地，在发光装置120参与照明时，发光装置120的发光光源延伸出出光槽111。处理模块130通过调节发光装置120的发光方式，改变基板110上的光源排列，从而改变栽培板150上的光照环境，进而调整植物感光基因的表达，以促进植物生长。
参见图7，优选地，需要进行培育的植物放置在栽培版150上；基板110设置在栽培版150上方，以向栽培版150照明。优选地，信息采集装置140获取栽培版150的图像并将图像传输至处理模块130。优选地，处理模块130可以对图像进行处理，并根据处理的结果生成控制指令以对发光装置120的发光方式进行调节。
优选地，处理模块130可以从图像中提取出植物图像，并通过将植物图像与预存数据库进行对比的方式确定植物的种类及其所处生长状态，从而确定该植物在该生长状态的光照需求。优选地，确定植物的光照需求后，处理模块130根据植物的光照需求生成控制指令，以调节发光装置120的发光参数，调整基板110上的光源排列，从而改变植物的光照环境，促进使植物生长加速的植物感光基因的表达，进而促进植物生长。
优选地，处理模块130根据图像确定植物在基板110照射区域中的位置，以确定基板110中参与照明的发光装置120的数量和位置。
优选地，处理模块130可以根据植物在基板110照射区域中的位置设置基板110中参与照明的发光装置120的数量和位置，使得基板110在为植物提供照明的情况下，减少对无植物区域的照明，从而提高植物对发光装置120发出的光线的利用效率，降低照明能耗。
优选地，处理模块130根据图像确定植物的种类和所处生长状态，从而确定参与照明的发光装置120所使用的光源。
优选地，处理模块130可以根据植物的种类及其所处生长状态设置基板110中参与照明的发光装置120所使用的光源，以形成满足该植物在该生长状态光照需求的光照环境，从而促进使植物生长加速的植物感光基因的表达，以促进植物生长。
优选地，处理模块130根据图像确定植物的形态，以调整发光装置120的照射方向，从而改变植物的受照射角度。
优选地，处理模块130可以根据植物的形态设置发光装置120的照射方向，使的照明光线可以斜入射至植物被上层叶片遮挡的下层叶片，从而增大植物的受照射面积和/或改变生长趋势。
优选地，处理模块130通过调整基板110上的光源排列，从而改变若干发光装置120在栽培板150上所形成的光斑形状。
光既是高等植物光合作用的能量来源，也是植物生命活动最重要的信号来源。高等植物通过光敏色素等光受体，感受自然环境中的光的强度、方向及光周期等信号的变化，调控植物自种子萌发直到开花的整个生长发育过程。在高等植物中，光敏色素通过与一类bHLH(basic helix-loop-helix)转录因子——光敏色素互作蛋白(PhytochromeInterating Factors，PIFs)相互作用，传递光的信号从而影响植物的生长发育。
PIF3与组蛋白去乙酰化酶HDA15相互作用，并共同调控感光基因的表达。PIF3招募HDA15蛋白到感光基因启动子的G-box区域，并介由HDA15的组蛋白去乙酰化酶活性，抑制一系列感光基因的转录表达，从而调控植物叶绿素的生物合成。
在黑暗中，PIF3-HDA15蛋白复合体结合在感光基因的启动子区域，抑制基因的表达；植物在照光后，光敏色素进入细胞核，引起PIF3-HDA15复合体的快速解体，解除HDA15对感光基因的抑制，从而促进基因转录起始。
优选地，基于光照对植物感光基因的表达的调控机制，在植物工厂中培育植物时，可以通过调节植物的光照环境影响植物感光基因的表达，使得植物向培育目标生长。
对于大多数植物而言，光合作用需要的光线波长在400～720nm左右，其中，波长在400～520nm的蓝色光线以及波长在610～720nm的红色光线对于植物光合作用的促进效果最大。但是对于不同的植物而言，对其光合作用促进效果最佳的光照波长存在差异，并且对于同一种植物而言，其不同生长状态所适配的光照波长也存在差异。
优选地，植物的生长阶段可以分为三个阶段，其分别为育苗阶段、营养生长阶段和生殖生长阶段。在育苗阶段，植物的叶片、根和茎未完全分化成形，此时植物的生长主要依赖胚乳营养。当植物处于营养生长阶段时，分化的各个组织开始行使功能并进入伸长生长，此时植物需要光调控树立正常植株的形态。当植物处于生殖生长阶段时，植物用于营养吸收和运输的各个组织发育成熟。组织能够包含根、茎、叶或花。此时，植物处于用于进入生殖生长或结果的营养积累状态。而在植物处于营养生长阶段时，不同波长的光照能够对植物生长提供不同的生长引导。
同一种植物在不同生长阶段所适配的光照波长也存在差异，以小苍兰(freesiahybrida klatt)为例，在营养生长阶段，小苍兰的最佳光照波长为435～470nm，而在营养生长阶段，小苍兰由于生长目的的不同，其最佳光照波长也存在差异，如当需要促进根的分化成形时，小苍兰的最佳光照波长范围为622～760nm；此外，若用黄光或绿光照射小苍兰、或者在黑暗环境下，小苍兰茎尖的分化与生长均受到抑制。
现有植物工厂，特别是立体式的植物工厂在向植物提供光照时，灯具是不会频繁更换的，然而随着植物的生长发育，适配植物的最佳光照波长必然会发生变化，光源照射至植物的光线不能响应于植物的生长而发生改变，必然会导致植物工厂对植物的促进效果减弱，延长培养时间，降低培养效率，增加植物工厂的运营成本。
优选地，本发明提供的光源排列系统100能够根据植物的生长变化调节发光装置120的发光方式，从而在植物培育全程向植物提供最佳波长的光照。
优选地，发光装置120上使用的光源可以采用二次光源设计形成矩形照明光斑的光斑。优选地，当基板110上的发光装置120均垂直照射栽培板150时，基板110上发出的照明光线可以覆盖整个栽培板150。
优选地，信息采集装置140可以获取栽培板150的图像，即，信息采集装置140可以获取基板110可照明区域的图像。优选地，当植物被放置到栽培板150上进行培养时，信息采集装置140将获取的图像发送至处理模块130。优选地，信息采集装置140获取的图像中包括植物在栽培板150上的分布。优选地，处理模块130对信息采集装置140获取的图像进行处理以获得植物图像。
优选地，处理模块130可以根据植物图像生成控制指令调节基板110上各发光装置120的发光方式，以促进植物的生长。
优选地，处理模块130对信息采集装置140获取的图像的处理方式可以包括：对图像进行灰度变换和二值化处理，以将图像划分为植物部分和空白部分；从信息采集装置140获取的图像中提取出植物图像，将植物图像与数据库中预存的数据进行对比，从而确定植物的种类和所处的生长状态，进而确定该种植物在当前生长状态的最佳光照波长。
优选地，基板110上每个发光装置120垂直照射栽培板150时，各发光装置120在栽培板150上具有唯一的照明区域。
优选地，处理模块130可以根据发光装置120垂直照射栽培板150的照明区域尺寸对信息采集装置140获取的图像进行分割，将其分割成若干子区域。优选地，处理模块130分割后的子区域与发光装置120一一对应。
优选地，处理模块130可以通过识别子区域中是否存在植物部分，从而确定该子区域对应的发光装置120是否参与照明。优选地，当子区域中存在处理模块130从信息采集装置140获取的图像中划分出的植物部分时，该子区域对应的发光装置120参与照明。当子区域中不存在处理模块130从信息采集装置140获取的图像中划分出的植物部分时，该子区域对应的发光装置120不参与照明。
优选地，处理模块130可以根据子区域中植物部分覆盖面积的占比确定该子区域对应的发光装置120是否参与照明。优选地，当子区域中植物部分覆盖面积的占比超过阈值时，该子区域对应的发光装置120参与照明。
参见图8，优选地，图中阴影部分可以表示参与照明的发光装置120组合出的图案。优选地，基板110上的若干发光装置120形成的照明区域与植物的几何大小相适配，减少对无植物区域的照明，从而提高植物对发光装置120发出的光线的利用效率，降低照明能耗。
优选地，处理模块130可以根据植物所在区域确定基板110上参与照明的发光装置120的数量和位置。优选地，处理模块130还可以根据植物当前的最佳光照波长确定基板110上参与照明的发光装置120的发光波长。
优选地，处理模块130配置有数据库，并且数据库中预存有各培养植物在各生长状态的图像，以及各培养植物在各生长状态的最佳光照波长。
优选地，在对植物进行培养时，处理模块130还可以通过工作人员手动输入信息的方式获取植物的种类和所处的生长状态。
优选地，在培养过程中，处理模块130还可以通过信息采集装置140获取的图像监测植物的生长变化。优选地，当植物的生长状态方式改变时，若植物的最佳光照波长发生了改变，则处理模块130可以根据植物的最佳光照波长的改变调整发光装置120的发光波长。
优选地，在培养过程中，处理模块130还可以通过信息采集装置140获取的图像监测植物的植株覆盖面的变化。优选地，植株覆盖面是叶片覆盖的范围，叶片覆盖范围在植株生长过程中逐渐增加，植株覆盖面是与时间相关的变量，也是叶片面积与叶片间隙面积之比(叶间空占比)相关的变量。
本实施例创造性地提出了将叶间空占比作为植株生长过程中考量参数，针对不同形态的叶片分布特征调整照明设备的分布方式，基于本发明的光源排列系统100，使得光照面能够对应植株的叶面，使得由基板110上的若干发光装置120形成的照明区域与植物的几何大小相适配，对植物存在区域进行照明，避免因光源照射植物未覆盖区域，造成光能浪费，从而提高光源电能利用效率。
优选地，在光源排列系统100的基板110被配置在植物的至少一侧以向植物的至少一侧提供光源的情况下，至少部分信息采集装置140被配置在上述基板110的对侧，即在一种实施例下，基板110与至少部分信息采集装置140是按照彼此对置分布在植物两侧的方式设置的。上述至少部分信息采集装置140用于获取植物背向迎光面的一侧的图像，迎光面是指植物面向上述基板110的光出射面的一面。进一步地，在矫正模式下，针对一株植物的情况下，光源排列系统100的处理模块130可以按使基板110的照光照面大于当前照射植物迎光面投影面积的方式调动对应的发光装置120发出光源，配置在植物背光面的信息采集装置140采集同时包含透过植物的光线和未透过植物的光线的视觉图像；处理模块130基于视觉图像中各区块亮度值的差异而将当前植物的外围轮廓识别获取；处理模块130基于识别的外围轮廓调整基板110上各个发光装置120的开启或关闭，调整规则是：当该发光装置120所对应的位置上不存在植物的投影或者植物轮廓投影的情况下，该发光装置120关闭，反之，则打开。上述方案实现了利用光源排列系统100的模块化、单元化照明，基于光线透射亮度降低的原理，大幅降低了利用视觉识别方式来确定植物边界的难度，常规的视觉识别方式，针对叶片众多，叶片不是均匀分布在一个平面而是存在空间景深和重叠的植物，是难以准确获取其较为准确的外形轮廓的，且识别算法较为复杂，耗费较多的计算资源，搭建和维护成本较高。而本方案，为本用于植物照明的光源排列系统100提供了一种额外的使用目的，且基于光源的透射，能够十分简便且准确地获取植物的轮廓位置，且基于轮廓正好能够反馈应用至单个发光装置120的开关调控。额外地，在需要获取植物生长情况的需求下，只需要简单获取基板110上开启的发光装置120的形状，便可以大致获取当前植物的生长轮廓，可以非常直观地让人员看出植物某块位置叶片较为突出，某块位置叶片较为稀少。换言之，本方案提供了能够在投影方面与植物实物生长情况对照孪生的发光形块，在能够提供植物需要的精确的光照的情况下，还能够提供植物轮廓的直观表征。在另一种实施例下，处理模块130仅识别各区块的亮度粗略值，例如未经过阻挡的亮度值一般恒定在一个数值，受到阻挡的亮度值至少会下降至一个更小的数值，则通过对亮度值的粗略划分，处理模块能够更加快速地获取受到阻挡的光线发出的位置，随后就能够快速控制部分发光装置120关闭，也即，处理模块130在单个发光装置120的精度来确定植物的轮廓，在此情况下单个发光装置120就类似于视频信息中的像素点。该实施例能够进一步降低处理延迟，减少数据计算量，显著有利于对植物生长过程的高精度跟踪，更加有利于培育高价值植物。
优选地，本实施例的发光装置120设置由四种光源。优选地，第一光源121的发光波长为390～780nm；第二光源122的发光波长为577～597nm；第三光源123的发光波长为622～760nm；第四光源124的发光波长为435～470nm。优选地，第一光源121为白光；第二光源122为黄光；第三光源123为红光；第四光源124为蓝光。
优选地，本实施例提供的光源排列系统100可以用于培养小苍兰。优选地，将小苍兰植株放置在栽培版150上后，信息采集装置140获取小苍兰植株在栽培版150上的图像并将图像传输至处理模块130。优选地，处理模块130可以对图像进行处理以将图像划分为植物部分和空白部分；并通过判断子区域中植物部分覆盖面积的占比是否超过25％，以确定该子区域对应的发光装置120是否参与照明。
优选地，优选地，处理模块130可以从信息采集装置140获取的图像中提取出小苍兰植株的图像，将小苍兰植株的图像与数据库中预存的数据进行对比，从而确定小苍兰植株所处的生长状态，进而确定小苍兰植株当前的最佳光照波长以调节发光装置120的发光波长。
优选地，当小苍兰植株处于生殖生长阶段时，处理模块130生成控制指令，使得发光装置120以第四光源124照射小苍兰植株，促进小苍兰植株叶绿素含量的增加，进而促进小苍兰植株干重的增加。
优选地，当小苍兰植株处于营养生长阶段且需要促进根的分化成形时，处理模块130生成控制指令，使得发光装置120以第三光源123照射小苍兰植株。
优选地，当小苍兰植株处于营养生长阶段且需要促进芽和愈伤组织的分化时，处理模块130生成控制指令，使得发光装置120以第一光源121照射小苍兰植株。
由于植物的光反应具有光周期，光周期包括亮期和暗期，优选地，在小苍兰的暗期时间中，处理模块130可以生成控制指令，使得发光装置120以第二光源122照射小苍兰植株进行驱虫。
优选地，基板110还可以配置升降机构以调节发光装置120与栽培板150间的距离。优选地，基板110配置的升降机构可以是伸缩杆等设备。优选地，升降机构可以在发光装置120切换发光波长时调节基板110与的栽培板150之间的高度，从而调节发光装置120投射至植物叶片上的光强和温度，防止植物叶片被灼伤。
实施例2
本实施例是对实施例1的进一步改进，重复的内容不再赘述。
本实施例提供一种基于植物感光基因调节的光源排列方法。光源排列方法至少包括：在发光装置120上配置不同发光波长的光源；将若干发光装置120连接至基板110上阵列排布的出光槽111内；采集基板110照射区域的图像；根据图像生成控制指令以调节发光装置120的发光参数。
优选地，光源排列方法还包括：根据图像确定植物在基板110照射区域中的位置、植物的形态、植物的种类和所处生长状态，进而对发光装置120进行调节，从而改变基板110上的光源排列，使得植物光照环境发生改变，进而调节植物感光基因的表达。
优选地，当植物被放置到栽培板150上进行培养时，信息采集装置140将获取的图像发送至处理模块130。优选地，处理模块130对信息采集装置140获取的图像进行处理以生成控制指令调节基板110上各发光装置120的发光方式，以促进植物的生长。
优选地，处理模块130对信息采集装置140获取的图像的处理方式可以包括：对图像进行灰度变换和二值化处理，以将图像划分为植物部分和空白部分；从信息采集装置140获取的图像中提取出植物图像，将植物图像与数据库中预存的数据进行对比，从而确定植物的种类和所处的生长状态，进而确定该种植物在当前生长状态的最佳光照波长。
优选地，处理模块130可以根据发光装置120垂直照射栽培板150的照明区域尺寸对信息采集装置140获取的图像进行分割，将其分割成若干子区域。优选地，处理模块130分割后的子区域与发光装置120一一对应。
优选地，处理模块130可以通过识别子区域中是否存在植物部分，从而确定该子区域对应的发光装置120是否参与照明。
优选地，处理模块130可以根据植物所在区域确定基板110上参与照明的发光装置120的数量和位置。优选地，处理模块130还可以根据植物当前的最佳光照波长确定基板110上参与照明的发光装置120的发光波长。
优选地，处理模块130确定参与照明的发光装置120数量和位置后，生成控制指令发送至相应的发光装置120。优选地，控制指令可以包括发光波长。优选地，发光装置120默认状态可以设置为不发光，在接收到控制指令后，发光装置120可以按照控制指令中的发光波长进行照射。优选地，发光装置120可任意通过旋转机构125调节出射光源，从而调节发光波长。
优选地，在培养过程中，处理模块130还可以通过信息采集装置140获取的图像监测植物的生长变化。优选地，当植物的植株覆盖面发生变化后，则处理模块130可以根据植物叶片覆盖面积的变化确定基板110上参与照明的发光装置120的数量和位置。优选地，当植物的生长状态方式改变时，若植物的最佳光照波长发生了改变，则处理模块130可以根据植物的最佳光照波长的改变调整发光装置120的发光波长。
实施例3
本实施例是对实施例1和实施例2的进一步改进，重复的内容不再赘述。
本实施例提供一种光源排列系统100。优选地，本实施例的光源排列系统100可以对培养植物的光照环境进行调节，从而调节植物感光基因的表达以调控植物生长。
优选地，在培养植物时，单个植物栽培版150上种植有若干植株，处理模块130可以利用信息采集装置140获取每颗植株的图像，从而调节每颗植株的光照环境。优选地，处理模块130通过信息采集装置140获取单颗植株的图像后，可以根据植株在栽培版150上的位置确定对该植株进行照明的发光装置120的位置和数量，并且处理模块130还可以根据单颗植株的图像确定其生长状态，从而确定对该植株进行照明的发光装置120的发光波长。
植物工厂中培育的植物在收获后通常需要进行筛选，以筛除不合格的次品。本发明虽然可以通过改变植物的光照环境以对植物感光基因的表达进行调节，从而调控植物生长，但是由于植物的生长除了受到光照环境的影响外，还受到温度、湿度、种子品质等因素的影响。因此，光源排列系统100在对位于同一栽培板150上的若干植株进行培养时，不同的植株的生长速度可能存在差异。
优选地，在培养植物的过程中，处理模块130还可以通过信息采集装置140获取的图像监测植物的生长变化。优选地，当植物的生长状态方式改变时，若植物的最佳光照波长发生了改变，则处理模块130可以根据植物的最佳光照波长的改变调整发光装置120的发光波长。
优选地，在培养植物的过程中，处理模块130可以通过比较同一植株经过预设时长培养前后的图像，以确定植物的生长速率。优选地，在培养植物的过程中，处理模块130还可以将植株的图像与数据库中预存的图像进行对比，从而确定植物所处的生长阶段。
优选地，处理模块130通过对信息采集装置140获取的图像进行处理可以确定单颗植株的生长速率，以及单颗植株所处的生长阶段。优选地，处理模块130可以汇总栽培板150上各植株的生长速率及其所处的生长阶段，从而确定栽培板150上所培养的植物的标准生长速率及标准生长阶段。
优选地，处理模块130可以基于信息采集装置140获取的图像确定单颗植株的生长速率。优选地，当植株的生长速率超过标准生长速率时，处理模块130可以通过调整发光装置120的发光波长以抑制，该生长过快植株的生长，尽可能使得栽培板150上的植株可以在同一批次进入收获阶段。例如，当栽培板150上培养的某一株小苍兰生长过快时，处理模块130可以对照射该株小苍兰的发光装置120进行调节，使得发光装置120以第二光源122照射该生长过快的小苍兰植株或者使得发光装置120不再向该生长过快的小苍兰植株提供光照，从而抑制其生长。
优选地，本发明提供的光源排列系统100可以对同一栽培板150上各植株的光照环境进行调节，以调控植物生长，使得同一栽培板150上各植株的生长发育程度趋于一致，从而减少植物收获后的筛选量。
优选地，由于栽培板150上培养的植株随着培养的进行其覆盖范围会逐渐增大，导致相邻植株的叶片出现交错重叠。优选地，处理模块130在调节发光装置120的发光波长抑制植物生长时可以优先调节照射植株不与其他植株重叠部位对应的发光装置120，以避免抑制其他生长速率正常的植株。
优选地，在培养植物的过程中，处理模块130可以通过信息采集装置140获取植株的图像，并且处理模块130可以通过经过深度学习的识别模型对植株的图像进行识别，从而确定植株的类型。优选地，植株的类型可以包括：正常发育的植株，超前发育的植株，以及发育不良植株和/或发生病虫害的植株。
优选地，处理模块130可以在识别到超前发育的植株后调节发光装置120的发光波长抑制其发育。优选地，处理模块130还可以在识别到超前发育的植株发送信号至植物工厂管理人员使用的管理端，以提示管理人员对超前发育的植株进行提前采摘。优选地，处理模块130与植物工厂管理人员使用的管理端可以通过有线或无线的方式信号连接。优选地，植物工厂管理人员使用的管理端可以是管理人员佩戴的智能手机、平板电脑等智能终端。
优选地，处理模块130可以在识别到发育不良的植株和/或发生病虫害的植株时发送信号至植物工厂管理人员使用的管理端，以提示管理人员对发育不良的植株和/或发生病虫害的植株进行处理。
优选地，管理人员在对超前发育的植株、发育不良植株和/或发生病虫害的植株进行处理时，可以利用光源排列系统100对需要进行处理的植株进行定位显示。优选地，光源排列系统100可以在管理人员对超前发育的植株、发育不良植株和/或发生病虫害的植株进行处理时，对待处理的植株进行区别照明，将待处理的植株与正常植株区分开。
优选地，处理模块130可以在识别到超前发育的植株、发育不良植株和/或发生病虫害的植株后生成提示发送至植物工厂管理人员使用的管理端。优选地，管理人员根据提示对待处理植株进行处理时，可以通过管理端向处理模块130发送指令，使得处理模块130调整基板110上发光装置120的发光方式将待处理的植株与正常植株区分开。
优选地，管理人员通过管理端向处理模块130发送的指令可以包括：采摘超前发育的植株的第一指令、拔除发育不良植株的第二指令和治理病虫害植株的第三指令。
优选地，管理人员通过管理端向处理模块130发送第一指令后，处理模块130发送控制指令至基板110上发光装置120，使得照射超前发育植株所在区域的发光装置120发光，而其他发光装置120熄灭，从而将超前发育的植株从栽培板150上培养的若干植株中凸显出来。虽然超前发育的植株相较于正常发育的植株其在个体大小上或茎叶形态上存在较大的区别，但当超前发育的植株混杂在正常发育的植株中时，若超前发育的植株与正常发育的植株不存在明显的颜色区别，则人眼难以将超前发育的植株从正常发育的植株中分辨出来。优选地，处理模块130调节基板110上发光装置120仅对超前发育的植株进行照明，从而将超前发育的植株从正常发育的植株中凸显出来，便于管理人员确定采摘目标。优选地，当管理人员将超前发育的植株采摘后，处理模块130可以通过信息采集装置140获取的图像确定超前发育的植株已经被采摘，并据此生成控制指令将对应该超前发育的植株的发光装置120熄灭，使得管理人员可以通过观察处于发光状态的发光装置120的数目确定是否采摘完成。优选地，处理模块130在管理人员将超前发育的植株采摘后熄灭对应该超前发育植株的发光装置120，可以避免管理人员漏采或重复采摘，提高了单次采集的效率。
优选地，管理人员通过管理端向处理模块130发送第二指令后，处理模块130发送控制指令至基板110上发光装置120，使得照射发育不良的植株所在区域的发光装置120发光，而其他发光装置120熄灭，从而为管理人员指示发育不良的植株的所在区域。发育不良的植株相较于正常植株其个体矮小，容易被正常植株遮挡，导致管理人员难以通过肉眼观察到发育不良的植株。优选地，当管理人员将发育不良的植株去除后，处理模块130可以通过信息采集装置140获取的图像确定发光装置120所照射的区域中不存在发育不良的植株，从而生成控制指令使对应该区域的发光装置120熄灭。优选地，管理人员可以通过观察处于发光状态的发光装置120的数目确定是否将发育不良的植株完全去除。
优选地，管理人员通过管理端向处理模块130发送第三指令后，处理模块130发送控制指令至基板110上发光装置120，使得照射病虫害的植株的发光装置120发光，而其他发光装置120熄灭，从而为管理人员指示病虫害的植株的位置。优选地，管理人员可以根据光源排列系统100的指示对发生病虫害的植株进行打药或者去除病虫害的植株。优选地，光源排列系统100可以在一颗植株出现病虫害的情况下，提示管理人员对其进行处理，从而防止病虫害扩散。
需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。在全文中，“优选地”所引导的特征仅为一种可选方式，不应理解为必须设置，故此申请人保留随时放弃或删除相关优选特征之权利。本发明说明书包含多项发明构思，诸如“优选地”、“根据一个优选实施方式”或“可选地”均表示相应段落公开了一个独立的构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。
Claims (10)
1.一种基于植物感光基因调节的光源排列系统，其特征在于，所述光源排列系统至少包括：在基板(110)上阵列排布的若干发光装置(120)和与所述发光装置(120)信号连接的处理模块(130)；
所述发光装置(120)配置有不同发光波长的光源；
所述处理模块(130)根据植物的培育目标生成控制指令并将控制指令发送至所述发光装置(120)；
响应于所述控制指令之收到，所述发光装置(120)调整参与照明的光线的波长，从而调整基板(110)上的光源排列，进而通过改变植物光照环境调节植物感光基因的表达。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述发光装置(120)至少包括以第一波长发光的第一光源(121)、以第二波长发光的第二光源(122)和旋转机构(125)；
所述第一光源(121)和所述第二光源(122)以出射光线互不干涉的方式周向设置在所述发光装置(120)上；
所述发光装置(120)通过所述旋转机构(125)安装至所述基板(110)。
3.根据权利要求1或2所述的光源排列系统，其特征在于，所述光源排列系统还包括采集所述基板(110)照射区域图像的信息采集装置(140)；
所述信息采集装置(140)将采集的图像传输至所述处理模块(130)；
所述处理模块(130)根据所述图像生成控制指令以调节所述发光装置(120)的发光参数。
4.根据权利要求1～3任一项所述的光源排列系统，其特征在于，所述处理模块(130)根据所述图像确定植物在所述基板(110)照射区域中的位置，以确定所述基板(110)中参与照明的所述发光装置(120)的数量和位置。
5.根据权利要求1～4任一项所述的光源排列系统，其特征在于，所述处理模块(130)根据所述图像确定植物的种类和所处生长状态，从而确定参与照明的所述发光装置(120)所使用的光源。
6.根据权利要求1～5任一项所述的光源排列系统，其特征在于，所述处理模块(130)根据所述图像确定植物的形态，以调整所述发光装置(120)的照射方向，从而改变所述植物的受照射角度。
7.根据权利要求1～6任一项所述的光源排列系统，其特征在于，所述基板(110)上设置有若干用于容纳所述发光装置(120)的出光槽(111)；
所述发光装置(120)通过所述旋转机构(125)连接至所述出光槽(111)内；
所述基板(110)基于所述发光装置(120)发出的光线照射设置在所述基板(110)下方的栽培板(150)。
8.根据权利要求1～7任一项所述的光源排列系统，其特征在于，所述处理模块(130)通过调整基板(110)上的光源排列，从而改变若干所述发光装置(120)在所述栽培板(150)上所形成的光斑形状。
9.一种基于植物感光基因调节的光源排列方法，其特征在于，所述光源排列方法至少包括：
在发光装置(120)上配置不同发光波长的光源；
将若干发光装置(120)连接至基板(110)上阵列排布的出光槽(111)内；
采集所述基板(110)照射区域的图像；
根据所述图像生成控制指令以调节所述发光装置(120)的发光参数。
10.根据权利要求9所述的光源排列方法，其特征在于，所述光源排列方法还包括：
根据所述图像确定植物在所述基板(110)照射区域中的位置、植物的形态、植物的种类和所处生长状态。
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