[发明专利]一种水稻植株及根系三维性状无损测量装置及方法

权利要求书

1.一种水稻植株及根系三维性状无损测量装置，其特征在于：包括第一升降模组(8)、第二升降模组(9)、载物旋转台(5)、平移模组(6)、CT射线源(3)、平板探测器(4)、可见光传感器(11)、滚筒输送线(7)、精密运动控制器(2)以及计算机系统(1)；第一升降模组(8)、第二升降模组(9)、载物旋转台(5)、平移模组(6)均采用伺服电机驱动，每个运动机构之间既可以独立定位运动也可以联动；可见光传感器(11)用于获取水稻植株不同角度下的2D平面图像；CT射线源(3)用于提供稳定的X射线束，平板探测器(4)用于采集CT断层平面阵列图像；滚筒输送线(7)用于将水稻盆栽(10)输送到指定的检测位置；精密运动控制器(2)用于对第一升降模组(8)、第二升降模组(9)、载物旋转台(5)、平移模组(6)进行驱动控制，通过精密运动控制器(2)实现CT射线源(3)和平板探测器(4)的同步上升和下降；计算机系统(1)实现CT图像自动采集、可见光图像自动采集、可见光图像SFM3D重建、CT图像自动重建、植株整株三维建模和修正、植株表型性状提取、根系表型性状提取、图像及数据存储管理、下位机自动通讯控制以及整个系统的信息全自动接收及处理；

其中，计算机系统(1)内置了测量系统，测量系统具体包括：

硬件控制模块，用于实现计算机系统(1)与精密运动控制器(2)的通信；通过计算机系统(1)发送控制指令给精密运动控制器(2)，进而控制滚筒输送线(7)进行盆栽水稻输送功能；同时通过精密运动控制器(2)驱动第一升降模组(8)、第二升降模组(9)及载物旋转台(5)，精准控制水稻盆栽的角度旋转和高度升降；

图像采集模块，每当水稻盆栽(10)旋转一个角度并升降一个高度后，通过平板探测器(4)采集水稻盆栽(10)的根系断层图像，以此来控制CT射线源(3)、平板探测器(4)与载物旋转台(5)、第一升降模组(8)、第二升降模组(9)的有序协调运行；

图像处理模块，用于对采集到的水稻根系断层图像通过FDK算法进行图像重建，并对重建后的图像进行图像处理；还用于对可见光传感器(11)获取到的不同角度下水稻盆栽(10 )的2D图像，通过运动恢复结构算法SFM进行三维重建，然后对重建后的水稻植株图像进行三维点云分析；还用于将通过FDK算法获取得到的水稻根系三维数据模型与通过运动恢复结构算法SFM获取得到的水稻植株三维数据模型进行融合，获得水稻整株的三维模型，并对整株的三维模型进行可视化分析，通过标准样品进行效果测试和修正，计算株型参数和根系性状参数，对结果进行输出显示。

2.根据权利要求1所述的水稻植株及根系三维性状无损测量装置，其特征在于：

CT射线源(3)与第二升降模组(9)连接在一起，平板探测器(4)与第一升降模组(8)连接在一起，通过精密运动控制器(2)实现CT射线源(3)和平板探测器(4)的同步上升和下降。

3.根据权利要求1所述的水稻植株及根系三维性状无损测量装置，其特征在于：

滚筒输送线(7)用于实现水稻盆栽(10)在种植区域(13)与载物旋转台(5)之间的输送；滚筒输送线(7)包含不锈钢滚筒(15)，实现水稻盆栽(10)的传动；不锈钢滚筒(15)采用包胶结构，用于增大摩擦力，为水稻盆栽(10)的传动提供稳定的动力；滚筒输送线(7)还包含定位传感器(14)，采用金属接近式开关，感应水稻盆栽(10)底托的底部边缘，实现水稻盆栽(10)的定位；滚筒输送线(7)还包含动力电机(16)。