[发明专利]高通量同步获取植物反射光谱和吸收光谱图像的装置及其工作方法

说明书

本发明涉及高通量同步获取植物反射光谱和吸收光谱图像的装置及其工作方法，包括箱体、LED面阵列光源、空间移动平台、图像采集模块、控制模块、载物台、抽拉架、载物盒和万向轮；控制模块分别与空间移动平台和图像采集模块连接；将动态叶绿素荧光探测和稳态叶绿素荧光探测和多光谱成像技术结合进行植物生理无损检测，同时提供相应的装置，使用同一相机获取三种图像，使每张图像的同一像素点都有三种信号（动态叶绿素荧光信号、稳态叶绿素荧光信号和多光谱反射信号），满足中小型植物的高通量信息采集。本发明可用同一相机获取三种图像，使每张图像的同一像素点都有三种信号，能更全面地获取植物生理信息。

技术领域

本发明涉及植物检测技术领域，特别是一种高通量同步获取植物反射光谱和吸收光谱图像的装置及其工作方法。

背景技术

植物生理状况信息的无损获取和判别对育种和自动化生产等领域意义重大。目前，利用无损检测技术获取植物生理信息的技术包括可见光多光谱成像技术、近红外成像技术、太赫兹检测技术以及叶绿素荧光成像技术等，对植物生理状况检测取得一定成果。

在叶绿素荧光动力学技术日益成熟的基础上发展起来的叶绿素荧光成像技术可反映植物对光能的利用情况并使之可视化，被广泛应用于植物生理状态检测领域。目前，大多数叶绿素荧光成像技术仍然无法摆脱测定之前“暗适应”的束缚，暗适应后会导致光反应与暗反应脱节，而植物实际进行光合作用，积累有机物的过程，则是在光反应与暗反应高速运转的动态平衡下进行的。与此同时，少数理论研究也开始关注稳态叶绿素荧光动力学变化与光适应情况下的光合作用过程之间的相互关系。

目前，基于成像光谱技术制备的装置至多获取两种图像信息，获取的图像多为动态叶绿素荧光图像和多光谱图像，并未涉及到稳态叶绿素荧光图像，未注意到稳态叶绿素荧光变化与光适应情况下的光合作用过程之间的相互关系。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供高通量同步获取植物反射光谱和吸收光谱图像的装置及其工作方法，通过控制模块设定不同的光照模式，模拟自然条件的光强变化，强化植物对不同光照的光响应的差异，实现植物光合作用效率准确的检测。

本发明采用以下方案实现：一种高通量同步获取植物反射光谱和吸收光谱图像的装置包括大箱体、LED面阵列光源、空间移动平台、图像采集模块、控制模块、载物台、抽拉架、载物盒和万向轮；所述空间移动平台，包括空间移动轨道组件；所述空间移动轨道组件包括X、Y、Z三个方向的主轨道；整个空间移动结构，采用三轴联动系统，X、Y轴上采用同步带+直线导轨副的传动方式，Z轴上则采用滚珠丝杆副+直线导轨副的传动方式；

所述图像采集模块，安装在空间移动平台的Z轴方向的移动组件上，用于采集植物反射光谱图像和吸收光谱图像；

所述控制模块包括一个上位机、单片机模块和一个电控箱；所述单片机模块包括一个主单片、第一从单片机和第二从单片机；所述主单片机与所述上位机连接，所述第一从单片机和第二从单片机均与所述主单片机连接，用以通过上位机控制所述主单片机，进而控制第一、第二从单片机；所述第一从单片机与所述空间移动平台连接，用以控制所述空间移动平台移动；所述第二从单片机与所述图像采集模块连接，用以控制图像采集模块；所述的电控箱包括电机驱动模块及电源供应模块；所述电源供应模块分别与所述LED面阵列光源、空间移动平台、图像采集模块和控制模块连接，用以为上述模块供电。

进一步地，所述的X轴方向上的主轨道由一对分居平台两侧的导轨滑块机构及分别带动导轨滑块机构的一组同步带传动机构组成，有效行程1300mm；同时所述同步带传动机构上安装有两个电机；为保证两侧滑块机构运行状态、运动方向、速度一致，安装在同步带传动机构上的两个电机由同一的第一从单片机控制，再通过传动带带动滑块运动。