[发明专利]一种适用于作物全生育期多视角图像自动采集系统

说明书

本发明涉及一种适用于作物全生育期多视角图像自动采集系统，包括底座、支撑架、载盘、旋转机构和弧型成像臂，所述支撑架设在底座上，载盘设在支撑架上方用于放置作物栽培单元，旋转机构用于驱动载盘做360度旋转运动；弧型成像臂设在支撑架上，弧型成像臂上设有多个拍照单元，多个拍照单元的镜头指向作物栽培单元，对作物栽培单元中的作物进行全方位、多视角成像。本发明中载盘做360度旋转运动，弧型成像臂上的多个拍照单元同时对载盘上的作物进行全方位拍照，由此高效采集相对于待测目标物呈半球状分布的、不同方位和角度的多视角图像序列；以此基于图像序列重建作物三维点云，从而高效、精确获取作物表型信息。

技术领域

本发明涉及一种适用于作物全生育期多视角图像自动采集系统及其专用栽培单元，尤其涉及结构较为复杂的目标作物（如生长中后期成熟植株根系和地上部）多视角图像采集系统。

背景技术

作物表型是农学和生物学领域的重要研究课题之一，主要通过获取具有内在联系的作物表型数据，在可控环境下开展规模化表型评价，通过揭示不同生长环境对不同基因型作物表型的影响，挖掘基因-环境-表型互作关系。目前，从功能基因组学到作物栽培生理学各个层面的研究都需要测定大量植株不同层次表型性状。对作物多种表型信息的高效获取和精确分析已成为作物表型组学的一个重要研究方向。传统作物表型信息主要通过人工测定方式获取，存在效率低、误差不可控等问题。近几年来，国内外科研机构和大型企业已开始高通量植物表型测量平台的研发。

获取高精度植物三维信息是定量化提取作物表型性状的基础。非接触式三维信息采集技术（包括3D雷达Lidar和激光扫描）已成功应用于植物三维结构测定，但此类仪器成本高昂、操作局限性大且对环境要求高；尤其对于结构较为复杂的目标体(如生长中后期枝叶繁密的植株地上部，或具有较多细长侧根的成熟根系)，测定难度大、耗时长，数据易缺失，难以实现高通量测定。随着多源图像解译技术的发展，基于立体视觉的三维重建为植物三维结构信息采集提供了一种低成本且高效、精确的方法。

基于多视角立体视觉进行植物三维重建已成为新趋势，并成功应用于室内或大田不同尺度植物地上部表型参数提取。基于图像重建的三维点云获取方法在根系三维结构定量化上也具有极大的应用价值，但需要合适的栽培方式固定根系的三维空间结构，使其在缺少土壤支撑时保证基本结构稳定。目前，人工获取结构较为复杂的目标体的多视角图像序列费时费力(一般需30分钟以上，200-300张/株)，且成像视角不易规范化控制和调节，当采集的图像序列重叠程度低或分隔角度大时，容易出现三维重建失败的情况；此外，对于较高的植株，如玉米、高粱和油菜等，采用人工拍照的方式难以获取其顶部视角的图像序列。因此，构建适用于作物全生育期的、地上部和根系通用的多视角图像自动采集系统，以此为高通量作物表型信息系统性收集提供便捷、高效的智能装备和技术支持。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不足，在于提供一种能够高效获取作物多视角图像序列，以重建三维点云，进而定量提取作物表型参数的系统。

本发明的具体技术方案如下：

一种适用于作物全生育期多视角图像自动采集系统，包括底座、支撑架、载盘、旋转机构和弧型成像臂，

所述支撑架设在底座上，载盘设在支撑架上方用于放置作物栽培单元，旋转机构用于驱动载盘做360度旋转运动；弧型成像臂设在支撑架上，弧型成像臂上设有多个拍照单元，多个拍照单元的镜头指向作物栽培单元、对作物栽培单元中的作物进行全方向成像。

优选的，所述适用于作物全生育期多视角图像自动采集系统还包括回转机构，所述回转机构驱动支撑架做360度旋转运动。

优选的，所述弧型成像臂为圆弧型成像臂，其半径为1.2～2 m，圆心角为80º～120º。

优选的，所述拍照单元有7～11个，等间距的设在圆弧型成像臂上，所有拍照单元的镜头指向作物栽培单元中的待测植株。。