[发明专利]一种用于研究根系三维构型的试验装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于根系三维构型观测技术的研究领域，主要涉及植物根系在土壤中的空间分布特征的研究，特别是一种用于研究根系三维构型的试验装置及方法。

背景技术

植物根系构型是描述根系在土壤中形态、结构及空间分布特征的综合性概念，是决定植物根系分布及对土体觅养效率的重要因素。随着科学研究的深入，国内外学者对根系三维构型的观测进行了大量研究，但鉴于根系观测技术和方法的局限性，一直以来对植物根系的原位动态观测和三维空间重构是根系研究的一大难题。

目前进行根系构型的观测方法主要有美国的CID，EI-100等图像分析系统，根系三维图像的捕获技术以及自行开发的计算机图像分析软件都被用于根系图像的采集、处理、特征提取与分析处理等。但这些观测系统和软件安装复杂，操作繁琐，且对于植物整个三维构型的分析上有一定的难度，同时这些仪器在盆栽试验中搬运、安装和测定相对较困难，且像类似于微根管的图像获取技术，在一定程度上根管会阻碍根系的生长及延伸方向，且每次进行图像采集时都要寻找同一根系，限制了观测的准确性。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种用于进行植物根系原位动态观测和定量分析的用于研究根系三维构型的试验装置。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种用于研究根系三维构型的试验装置，包括用于调节植物根系拍摄距离及角度的定距装置和用于采集植物根系图像的图像采集装置；所述定距装置包括带刻度导尺和固定于该带刻度导尺一端的定距旋转平台，所述定距旋转平台包括一绕所述带刻度导尺一端旋转的活动转盘，所述活动转盘上设置有一置物台，该置物台放置有需观察根系的植物；所述图像采集装置包括一可相对所述带刻度导尺轴向滑动的拍摄平台及置于该拍摄平台上的单反数码相机，所述单反数码相机镜头沿着带刻度导尺的导向方向朝向所述植物根系。

在本发明实施例中，所述图像采集装置还包括一设置于所述单反数码相机镜头前的无畸变相机镜头。

在本发明实施例中，所述活动转盘通过设置于所述定距旋转平台中心的转轴旋转；所述定距旋转平台还包括一用于限制所述转轴转动的旋转台固定板。

在本发明实施例中，所述拍摄平台通过设置于其下方的滑轮滑动；所述拍摄平台还包括一控制所述单反数码相机升降的升降台，以调节所述单反数码相机的拍摄高度。

在本发明实施例中，所述置物台边缘中心处设置有一纵向固定杆，所述纵向固定杆上设置有一可升降的悬臂杆，所述植物悬挂于所述悬臂杆上，且该植物悬立于所述置物台中心上方。

在本发明实施例中，所述置物台上放置有用于栽培植物的玻璃容器，所述玻璃容器包括盛有营养液的玻璃框和用于盖住所述玻璃框的玻璃盖，所述玻璃盖上设置有植物孔和通气孔，所述植物孔用于固定所述植物，并使所述植物的根系位于所述玻璃盖下方。

本发明的第二目的在于提供了一种采用上述所述的一种用于研究根系三维构型的试验装置的试验方法，包括如下步骤，

S1：将待测植物悬挂于所述悬臂杆上；

S2：使悬挂的植物根系保持静止状态，并对该植物根系进行定距观测拍照；拍摄时利用带刻度导尺调整好单反数码相机与植物根系之间的距离，并保持统一距离，转动活动转盘对植物根系进行多角度拍摄，从而获取等距的多角度相同比例的根系图像；

S3：将捕获的图像进行灰度处理，利用Adobe公司开发的Photoshop CC图像处理软件，对图片进行归类整理，保存于Adobe Bridge软件的图片数据库中，并通过AutoCAD或者CorelDRAW进行表达，得到植物根系三维重构图。

在本发明实施例中，所述步骤S3中，所述使用Photoshop CC图像处理软件用于还原二维图像与现实根系间1:1的大小关系；所述通过AutoCAD或者CorelDRAW进行表达时需将所述1:1的灰度图像进行二维至三维影像的跟踪、转化，并存入Microsoft Office数据库，最终得到植物根系的三维构型。

本发明的第三目的在于提供了一种采用上述所述的一种用于研究根系三维构型的试验装置的试验方法，包括如下步骤，

S01：将待测植物芽苗置于所述玻璃容器内；

S02：对该植物根系进行定距观测拍照，拍摄时利用带刻度导尺调整好单反数码相机与植物根系之间的距离，并保持统一距离，转动活动转盘对植物根系进行多角度拍摄，从而获取等距的多角度相同比例的根系图像；

S03：定期对玻璃容器内的植物根系进行图像采集；