[发明专利]一种基于外置可变光源的根系土壤原位成像装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于外置可变光源的根系土壤原位成像装置及方法，包括微根窗、可变光源和控制装置；所述微根窗包括微根窗管、微型相机、成像平台、导向杆、丝杠、电机Ⅰ、底盖及上盖；所述可变光源包括外壳、滤光片轮、滤光片、卤素灯、轴Ⅰ、电机Ⅱ和光纤束；所述控制装置通过可变光源控制电缆与可变光源电连接；通过电机控制电缆与微根窗的电机Ⅰ电连接；通过图像数据采集控制传输电缆与微型相机电连接。该成像装置，通过外置可变光源，利用滤光片分光，将光源通过光纤束引入微根窗管中作为成像光源，极大地丰富了根系土壤原位成像的波段数量与波段选择范围，收窄了每个波段的光谱范围，提高了数据质量，有效降低了成本。

技术领域

本发明属于根系土壤表型研究的技术领域，具体涉及一种基于外置可变光源的根系土壤原位成像装置及方法。

背景技术

土壤是植物获取养分和物理支撑的依靠，根系是植物与土壤相互作用的主要器官，统筹研究根系土壤是植物营养学的重要内容。大多根系土壤研究依赖破坏性采样，将植物连根带土取出，手工分离根系和土壤，分别检测分析，这种方法无法连续监测同一植物根系土壤，只能获取总体的信息，无法获得关注指标在根系土壤中的原位分布。微根窗技术的出现让非破坏性、原位研究根系土壤变成了可能，有研究使用多光谱相机或窄波段LED光源结合微根窗技术进行根系土壤多波段成像。但借助不同波段LED作为光源实现多波段成像的方案存在波段选择范围小、单波段范围较宽、波段总数少的问题；借助多光谱微型相机实现多波段成像的方案存在设备成本高，图像空间分辨率较低的问题。

综上，现有装置和方法存在成本高、波段选择范围小、单波段范围较宽、波段总数少等问题，这些问题制约了根系土壤原位研究领域的进一步发展，丰富波段信息并降低设备成本对根系土壤原位表型研究具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是设计一种基于外置可变光源的根系土壤原位成像装置及方法，利用滤光片分光，实现可变光源，增加根系土壤原位成像的波段数量与波段选择范围，收窄每个波段的光谱范围，提高数据质量，降低成本。

本发明的技术方案是一种基于外置可变光源的根系土壤原位成像装置，包括微根窗、可变光源和控制装置；

所述微根窗包括微根窗管、微型相机、成像平台、导向杆、丝杠、电机Ⅰ、底盖及上盖；所述微根窗管为一段玻璃管，其下端设置有底盖，其上端设置有上盖，在底盖与上盖之间设置有导向杆和丝杠，电机Ⅰ设置在上盖中，电机Ⅰ带动丝杠转动，成像平台设置在导向杆和丝杠上，并通过螺母与丝杠连接，微型相机设置在成像平台上；

所述可变光源包括外壳、滤光片轮、滤光片、卤素灯、轴Ⅰ、电机Ⅱ和光纤束；所述滤光片轮的圆周上设置有均布的若干个通孔，每个通孔中设置有滤光片，滤光片轮通过轴Ⅰ与电机Ⅱ连接，并安装在外壳中，在滤光片轮的靠近电机Ⅱ一侧的下方设置有卤素灯，卤素灯的中心对正滤光片轮的通孔中心，在滤光片轮另一侧与通孔中心对正的外壳壁上设置有出光孔，出光孔上连接有光纤束，光纤束的另一端穿过微根窗的上盖固定在成像平台上，朝向成像目标方向；

所述控制装置通过可变光源控制电缆与可变光源电连接；通过电机控制电缆与微根窗的电机Ⅰ电连接；通过图像数据采集控制传输电缆与微型相机电连接。

所述滤光片为滤光片组，滤光片组中的每个滤光片的过滤波段不同，滤光片轮上的每个通孔中设置的滤光片的过滤波段不同，使复合光源透过不同滤光片实现不同波段光的输出。

所述微根窗管的玻璃管能够透过不同波段的光。

所述微型相机能够在不同波段光的照射下进行成像。

还包括反射镜；所述微型相机的镜头朝向下方或朝向上方，反射镜安装在成像平台上，并位于微型相机的下方或上方，借助反射镜将成像目标反射到微型相机的镜头中。