[发明专利]一种原位阵列式根系表型监测系统及其工作方法

说明书

本发明公开了一种原位阵列式根系表型监测系统及其工作方法，包括：图像无线传输网关、按压式开关、充电孔、LED照明系统、无线摄像头模块、稳压电源模块和外壳。工作方法包括步骤：S1：根系图像采集；S2：根系图像畸变校正；S3：根系图像预处理；S4：根系图像自动化拼接；S5：根系图像分割；S6：根系表型参数计算。本发明的优点是：采用多摄像机的阵列系统，所成图像以及测量比单相机更为精确，相比CT或者MRI等大型仪器费用明显降低。同时，原位采集大区域根系剖面图像，适合周期性原位采集。另外，采用自动化拼接与自动化根系表型提取技术，也可以大幅度减小人力及时间成本。

技术领域

本发明涉及根系表型原位监测技术领域，特别涉及一种基于物联网技术的原位阵列式根系表型监测系统及其工作方法。

背景技术

根系是作物的重要组成部分，具有非常关键的作用，如水分和养分的吸收与转运、有机物贮藏、植株锚定、根系共生、产生植物激素和感应土壤环境的变化等，作物根系表型数据是全面解析作物基因型、环境和表型之间的关系的重要因素，也是作物精准化栽培管理的重要依据。传统根系表型测量需要大量的人力物力，设备操作复杂，同时现有技术方法有较大弊端，一些方法容易破坏根部结构，无法连续监测；多数微根窗成像系统只适用于小型作物表型监测，且多数不是在自然土壤中测量的，会造成实际生产误差。为了实现在土壤或基质栽培等不透明的根系环境中连续观测作物根系表型信息，在物联网技术框架下，结合机器学习、图像处理等技术的支持，开发了原位阵列式作物根系表型监测系统，实现连续观测作物根系表型特征参数，可以为作物生长建模、作物表型解析和精确栽培管理提供数据支持和理论指导，有助于现代精准农业技术的可持续发展。在基于物联网技术的原位阵列式根系表型监测系统加持下，作物微根系形态学方法能够将农学、数学、植物学、生命科学及计算机等多个学科相联系，通过多学科交叉合作，可以更好的服务于现代农业生产实践。

发明内容

本发明针对现有技术的缺陷，提供了一种原位阵列式根系表型监测系统及其工作方法。

为了实现以上发明目的，本发明采取的技术方案如下：

一种原位阵列式根系表型监测系统，包括：图像无线传输网关、按压式开关、充电孔、LED照明系统、无线摄像头模块、稳压电源模块和外壳。

所述图像无线传输网关通过Wifi连接至局域网中，实现图像无线传输。

所述按压式开关：控制原位阵列式根系表型监测系统的电路通断。

所述充电孔：用于接通电源为电池板连接。

所述LED照明系统：根窗成像系统补光系统。

所述无线摄像头模块：用于获得根系图像并通过图像无线传输网关传输。

稳压电源模块包括：蓄电池和降压板，电池用于原位阵列式根系表型监测系统的供电。降压板保证原位阵列式根系表型监测系统在工作电压内运行。

图像无线传输网关设置于外壳顶部，按压式开关、充电孔和LED照明系统设置于外壳侧面，无线摄像头模块设置于外壳的正面表面，稳压电源模块设在外壳底部内部。

蓄电池输出口依次串联按压式开关、图像无线传输网关和降压板；降压板并联无线摄像头模块、LED照明系统，并供电。

本发明还公开了一种原位阵列式根系表型监测系统的工作方法，包括以下步骤：

S1：根系图像采集

采用ESP32-CAM模块作为根系成像系统的拍摄部分，为16个摄像头分别设定固定IP地址并通过基于Python语言的爬虫技术控制，并以此控制16个ESP32-CAM进行各个根系测量区的图像采集，获取多组不同角度和距离的长方形棋盘标定板。

S2：根系图像畸变校正