【CN110089313A】一种立体式全自动作物在线表型高通量检测平台【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910334160.2
(22)申请日 2019.04.24
(71)申请人 浙江大学
地址 310027 浙江省杭州市西湖区浙大路
38号
(72)发明人 聂鹏程　张慧　蔡铖勇　何勇　
(74)专利代理机构 杭州求是专利事务所有限公
司 33200
代理人 忻明年
(51)Int.Cl.
A01G 9/14(2006.01)
A01G 9/02(2018.01)
A01G 7/04(2006.01)
A01G 27/00(2006.01)
A01C 23/04(2006.01)
G01D 21/02(2006.01)
(54)发明名称
一种立体式全自动作物在线表型高通量检
测平台
(57)摘要
本发明公开一种立体式全自动作物在线表
型高通量检测平台，包括支架，所述的支架上安
装有：输送植株栽培箱的循环轨道；布置在所述
循环轨道上的托盘，用于放置植株栽培箱；驱动
所述托盘沿循环轨道移动的传动系统；
位于所述循环轨道下方的营养池；以及设置于所述循环轨
道上方的图像采集装置。

本发明结构设计合理，
将栽培与检测结合，作为栽培植株栽培架同时也
能进行高通量检测，生长的植株与相机位置相对
固定，
在同一角度下检测整个植株生长过程。

权利要求书1页 说明书4页 附图2页CN 110089313 A 2019.08.06
C N 110089313
A
1.一种立体式全自动作物在线表型高通量检测平台，包括支架，其特征在于：所述的支架上安装有：
输送植株栽培箱的循环轨道；
布置在所述循环轨道上的托盘，用于放置植株栽培箱；
驱动所述托盘沿循环轨道移动的传动系统；
位于所述循环轨道下方的营养池；
以及设置于所述循环轨道上方的图像采集装置。

2.如权利要求1所述的立体式全自动作物在线表型高通量检测平台，其特征在于：所述的循环轨道包括两端连通的上层循环轨道和下层循环轨道；
所述营养池位于下层循环轨道的下方；图像采集装置位于所述上层循环轨道的上方。

3.如权利要求2所述的立体式全自动作物在线表型高通量检测平台，其特征在于：所述下层循环轨道的中部具有配合所述营养池的下凹段；所述上层循环轨道的中部下凹形成安装所述图像采集装置的空间。

4.如权利要求3所述的立体式全自动作物在线表型高通量检测平台，其特征在于：所述循环轨道运动控制速度由表形图像采集反馈控制，表形图像采集根据作物冠层大小与点云数据采集频率调节图像采集频率，进而控制整个轨道循坏速度。

5.如权利要求1所述的立体式全自动作物在线表型高通量检测平台，其特征在于：所述支架上安装有洁净的植株冠层微喷系统，用于提供作物表面水分和清洗作物表面污垢。

6.如权利要求1所述的立体式全自动作物在线表型高通量检测平台，其特征在于：所述支架上安装有用于植株照明的补光灯。

7.如权利要求1所述的立体式全自动作物在线表型高通量检测平台，其特征在于：所述的传动系统包括沿所述循环轨道运动的传送链，传送链上有每个托盘进入图像采集室的RFID射频触发装置，每盆植物进入到图像采集室前均自动触发图像采集控制命令，触发产生到命令执行时间差由图像采集与整体循环轨道速度准定，并由图像采集系统执行，以保障每盆植物在图像采集设备的正下方。

权　利　要　求　书1/1页CN 110089313 A
一种立体式全自动作物在线表型高通量检测平台
技术领域
[0001]本发明涉及作物表型高通量检测平台技术领域，具体涉及一种立体式全自动作物在线表型高通量检测平台。

背景技术
[0002]植物表型是受基因和环境因素决定或影响的，反映植物结构及组成、植物生长发育过程及结果的全部物理、生理、生化特征和性状。

随着自动化技术、机器视觉技术和机器人技术在表型领域的应用，高通量、精准高效的植物表型测定技术已得到日新月异的发展。

高通量植物表型平台是一种未来化“精准农业”技术，它是遗传学、传感器以及机器人的结合体。

它可被用于研发新的作物品种，或提高作物营养含量、耐抗旱以及抗病虫害的能力。

高通量植物表型平台技术可以采用多个传感器测量植物的重要物理数据，比如结构、株高、颜色、体积、枯萎程度、鲜重、花/果实的数目等。

这些都属于表型特征，也是植物遗传代码的物理表达，可以将这些数据与特定植物的已知遗传数据对比,将基因型-表型进行关联分析，从而达到高级遗传育种之目的。

[0003]温室型高通量植物表型平台一般包括植物传送系统和成像单元两部分。

植物种在花盆中，每个花盆有唯一的“身份证号”，根据程序设置传送到成像单元进行表型成像。

在过去多采用工业无尘车间的物流系统来传送植物，但这种工业物流系统到了温室中会遭遇高湿、高温、水溅出、土溅出等恶劣条件，导致经常出现故障。

现在国际上主流的表型平台供应商都已采用了荷兰的温室物流系统来传送植物。

但现有的高通量检测存在一定的缺陷，包括：1、栽培与检测分开；2、人工将植株摆放到传送带，检测之后还需要人工取下植株，消耗大量劳动力；3、每次摆放位置方向相对相机会发生变化，数据处理复杂。

[0004]针对现有技术存在的问题，本发明提供一种立体式全自动作物在线表型高通量检测平台，将栽培与检测结合，作为栽培植株栽培架同时也能进行高通量检测，生长的植株与相机位置相对固定，在同一角度下检测整个植株生长过程。

发明内容
[0005]针对现有技术存在的问题，本发明提供一种立体式全自动作物在线表型高通量检测平台，将栽培与检测结合，作为栽培植株栽培架同时也能进行高通量检测，生长的植株与相机位置相对固定，在同一角度下检测整个植株生长过程。

[0006]为实现上述的发明目的，本发明所采用的具体技术方案如下：
[0007]一种立体式全自动作物在线表型高通量检测平台，包括支架，所述的支架上安装有：
[0008]输送植株栽培箱的循环轨道；
[0009]布置在所述循环轨道上的托盘，用于放置植株栽培箱；
[0010]驱动所述托盘沿循环轨道移动的传动系统；
[0011]位于所述循环轨道下方的营养池；
[0012]以及设置于所述循环轨道上方的图像采集装置。

[0013]本发明将栽培与检测结合，支架作为植株的栽培架，同时在栽培架内也可实现作物表型高通量检测。

[0014]本发明的检测平台内，植株栽培箱放置在托盘上，在传动系统的驱动下，带动托盘在循环轨道上流转，浸入营养池内进行营养补充，在通过图像采集装置进行拍摄植株生长图像。

[0015]本发明的检测平台将植株栽培与检测合为一体，无需人工干预，可自动进行植株栽培和完成对植株作物表型检测；整个生长过程中，植株的摆放位置和角度保持不变，在图像采集装置进行拍摄时，保持同角度、同方位下进行数据采集，更利于对比分析，降低数据处理难度。

[0016]作为改进的，所述的循环轨道包括两端连通的上层循环轨道和下层循环轨道；所述营养池位于下层循环轨道的下方；图像采集装置位于所述上层循环轨道的上方。

[0017]本申请的循环轨道有连通的上下两层，相较于平方的环形轨道，可节约占地空间，整体布局合理、紧凑，提升栽培室内空间利用率。

[0018]所述循环轨道运动控制速度由表形图像采集反馈控制，表形图像采集根据作物冠层大小与点云数据采集频率调节图像采集频率，进而控制整个轨道循坏速度。

[0019]作为改进的，所述下层循环轨道的中部具有配合所述营养池的下凹段；所述上层循环轨道的中部下凹形成安装所述图像采集装置的空间。

[0020]由传动系统带动的植株栽培箱经过所述的下凹段时，植株栽培箱的下部浸入营养液，补充所需的营养元素；上层循环的中部为安装图像采集装置(相机)的位置。

[0021]作为改进的，所述支架上安装有用于植株照明的补光灯，为植株提供照明。

[0022]作为改进的，所述上层循环轨道的两侧设有第一V形段和第二V形段，所述的补光灯安装在第一V形段和第二V形段的上方。

[0023]上层内设置的两个V形段，一方面为增加补光灯的照明效果，植株咋已经过此段时，具有较长行进路径，延长植株的补光时间；另一方面，形成弯曲的轨道，在有限的空间内，增加轨道的长度，可放置更多数量的植株栽培箱。

[0024]所述支架上安装有洁净的高压植株冠层微喷系统(即喷淋系统)，用于提供作物表面水分和清洗作物表面污垢，便于表型图像采集的清晰度和可靠
[0025]作为改进的，所述支架上安装有植株冠层喷洒用的喷淋系统，喷淋系统安装在上下层轨道之间，用于植株冠层的补水或喷淋营养液等。

进一步改进，所述的支架包括立柱和连接在两立柱间且与循环轨道垂直的横杆，所述喷淋系统的喷头安装在横杆上。

[0026]为保持托盘的稳定，作为改进的，所述循环轨道为平行布置的两条，托盘悬挂在两条循环轨道间。

[0027]作为改进的，所述的传动系统包括沿所述循环轨道运动的传送链，以及与所述传送链同步且固定所述托盘的定位支架。

[0028]传送链与安装在循环轨道上的链轮配合，链轮在电机的驱动下，带动传送链上的托盘沿循环轨道流转。

[0029]本发明结构设计合理，将栽培与检测结合，作为栽培植株栽培架同时也能进行高通量检测，生长的植株与相机位置相对固定，在同一角度下检测整个植株生长过程。

附图说明
[0030]图1为本发明中立体式全自动作物在线表型高通量检测平台的整体图；
[0031]图2为图1中立体式全自动作物在线表型高通量检测平台的正视图；
[0032]图3为支架与轨道的结构图；
[0033]图4为链条与轨道的局部配合图。

具体实施方式
[0034]下面结合实施例和附图来详细说明本发明，但本发明并不仅限于此。

[0035]如图1所示的立体式全自动作物在线表型高通量检测平台，包括支架100，以及安装在支架100上的循环轨道101、托盘102、图像采集装置103、补光灯104、营养池105和喷淋系统106。

托盘102设置在循环轨道101上可沿循环轨道101输送植株栽培箱移动；营养池105位于循环轨道101的下方，用于向植株栽培箱内补充营养液；图像采集装置，如相机，设置在循环轨道上方，用于采集植株生长过程中的图像信息。

[0036]如图2和图3所示，托盘102用于放置植株栽培箱，托盘102沿循环轨道101间隔布置，托盘102沿循环轨道101运动时，带动托盘102上的植株栽培箱流转。

[0037]循环轨道101包括两端连通的上层循环轨道108和下层循环轨道107，下层循环轨道107的中部有一下凹段109，托盘102上的植株栽培箱经过该下凹段109时，下部浸入营养液，补充植株所需营养元素。

上层循环轨道108的中部112下凹形成安装图像采集装置103的空间。

本实施例的循环轨道101采用上下两层布置，整体布局合理、紧凑，提升栽培室内空间利用率。

[0038]支架100包括立柱113和连接在两立柱间且与循环轨道101垂直的横杆114。

循环轨道101为平行设置的两条，托盘102悬挂在两条循环轨道101之间。

补光灯104固定在横杆114上，为经过下方的植株补充照明。

具体在本实施例中，补光灯104是可变波长的LED灯，上层循环轨道108的两侧设有第一V形段110和第二V形段111，补光灯104安装在第一V形段110和第二V形段111的上方。

同时，上述的第一V形段110和第二V形段111也可以设置为U形段，其目的是，在有限的空间内，增加轨道的长度，延长植株经由的路径，增加补光时间。

[0039]支架100上安装有植株冠层喷洒用的喷淋系统106，具体地，喷淋系统106安装在上层循环轨道108和下层循环轨道107之间，用于植株冠层的补水或喷淋营养液等。

喷淋系统106包括水管、电磁阀、喷头、水泵和水箱等。

喷淋系统106为本领域常用的设备，本实施例不再对喷淋系统106的结构进行详细描述。

喷淋系统106内的喷头固定在横杆114上，实现自动上部冠层喷洒控制。

[0040]支架100内还安装有传动系统，用于驱动托盘102沿循环轨道101移动。

如图4所示，传动系统包括沿循环轨道101运动的传送链116，以及与传送链116同步且固定托盘102的定位支架107。

定位支架107在传送链116上的位置相对固定，定位支架107与传送链116可以通过转轴活动连接，或者托盘102的两端通过转轴活动的插入定位支架107内，在托盘102移动到轨道拐角时，可始终保持托盘102处于平放状态，防止上部的植株栽培箱倾斜。

传送链116与安装在循环轨道101上的链轮115配合，链轮115在电机的驱动下，带动传送链116上的托盘沿循环轨道101流转。

[0041]本实施例中，通过定位支架107，保证植物与传送链116相对位置一定，从而保证植
物每次在相机下的位置不变。

植株到达图像采集位点(即图像采集装置103的下方)时会停一下，因此传送链116在传动系统的驱动下做间歇式运动，保持植株停止固定的图像采集时间。

[0042]整个平台放置在温室内，将栽培与检测结合，支架作为植株的栽培架，同时在栽培架内也可实现作物表型高通量检测。

植株栽培箱放置在托盘上，托盘作为植株的培植支架；在传动系统的驱动下，带动托盘在循环轨道上流转，浸入营养池内进行营养补充，在通过图像采集装置进行拍摄植株生长图像。

营养液不足之后会自动添加：低液面有传感器，注入营养液，直到高液面传感器，停止注入，保持营养液的量在一定范围内。

[0043]本实施例的检测平台将植株栽培与检测合为一体，无需人工干预，可自动进行植株栽培和完成对植株作物表型检测；整个生长过程中，植株的摆放位置和角度保持不变，在图像采集装置进行拍摄时，保持同角度、同方位下进行数据采集，更利于对比分析，降低数据处理难度。

[0044]以上所述仅为本发明的较佳实施举例，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

图1
图2
图3
图4。