一种用于植株生物学观测的装置及方法

技术领域

本发明涉及植株观测技术领域，特别涉及一种用于植株生物学观测的装置及方法。

背景技术

传统的滨海植物的生物学测量主要采用的方式方法是直接采集一定量的植物，然后在实验室进行处理分析得到植物的生物学参数。野外采集主要采用的工具是工兵铲、剪刀、米尺、样方框，主要靠人工进行计数和测量。

传统方法主要依靠人工、植物样品采集后需带回实验室，主要缺点表现为对局地生态的破坏，测量耗时较长，效率不高，因此，有必要提出一种新的植物生物学观测方法，在不破坏植株的情况下，对幼苗的株树、密度、垂向相对生物量变化等生物学参数进行测量和统计分析，提高观测效率，为生物地貌学提供基础数据。

现有专利提供了一些解决方案，例如专利US10772275B2，该专利提供了一种设备可用于评估处理对植物的一个或多个特征，具体的是，通过该设备筛选出部分需要观测的植株，并将筛选出的植株进一步培养，并采用设备中带有的摄像仪将植株成长记录在案，最后对数据进行分析比对。该方法在得到详细的植株生长数据的同时耗费时间也比较长，在此发明人认为还具有很大的改进空间。

发明内容

为了缩短从观测到获取数据的时间，并且避免拍摄植株时由于灯光照射不足而导致部分植株记录模糊的情况发生，本发明提供了一种用于植株生物学观测的装置，该装置包括架体，架体上端安装有连接组件，连接组件一端固定连接有补光灯，架体下端固定连接有固定座，连接组件下方设置有背板，背板夹设在连接组件与固定座之间，背板前方先后摆设有植株，相机。

进一步地，该植株生物学观测的方法为，先采用相机先将植株拍摄，然后再将图像裁剪为背景板的标准尺寸；利用图像处理软件根据色彩差异将数字图像中的植被和背景进行色彩增强，以便后续区分；采用二值化法将图像分割，最后将标准尺寸的黑白图像采用平面直角坐标系分为横轴和纵轴，利用像素点的离散和连续的数学方法，针对不规律的投影采用离散傅里叶变换，通过编程来计算每一行、每一列植物所占的百分比，用来描述植物的平面分布和垂向分布。

值得一提的是，二值化图像分割法是图像分割的一种方法，即在二值化图象的时候把大于某个临界灰度值的像素灰度设为灰度极大值，把小于这个值的像素灰度设为灰度极小值，从而实现二值化。根据阈值选取的不同，二值化的算法分为固定阈值和自适应阈值。采用双峰法把图像转换成黑白图，其中植被为黑色、背景为白色。

进一步地，拍摄该植株的方法为：在红树林幼苗样方区地面设置1m*1m样框，用定位设备记录样框位置，在样框区外部选择合适位置设置三脚架固定相机，将1m*1m的背板置于相机前部的植物样方内，利用相机把植物拍摄在背板上。

本发明中，架体可弯折，架体包括支架，相邻两根支架之间固定连接有横杆，支架底部固定连接有第一板体，第一板体上表面铺设至少两块第二板体，第二板体与第一板体下方设置有立柱。

进一步地，背板下端与两块第二板体均采用转动连接的形式，背板上端与连接组件固定连接，通过连接组件上下转动进而改变背板的倾斜程度，以达到不同的拍摄需求。

本发明中，连接组件包括装夹基体，装夹基体呈铲斗状，装夹基体侧方分别设置有移动杆，移动杆上分别套设有第一延伸杆以及第二延伸杆，装夹基体背部设置有第一凸起，第一延伸杆一端与第一凸起转动连接。

进一步地，装夹基体内侧设置有滑轨，该滑轨与背板的上端配合安装，实现装夹基体带动背板前后摆动。

本发明中，第一凸起两侧还转动连接有支撑板，支撑板另一端转动连接有第二凸起，第一延伸杆设置于支撑板下方，第二延伸杆一端连接有弹性件，第二延伸杆另一端穿过支撑板与第二凸起转动连接，第二凸起一侧固定连接有固定板。

进一步地，固定板与架体连接，使背板与架体之间有一定的位移活动空间，这样在室外有风或者水流冲击背板的情况下，背板产生的位移容易被弹性件消耗，值得一提的是弹性件包括一球体外壳，以及设于球体外壳内的弹簧，并且移动杆的一端套设在弹簧上，避免将背板晃动产生的力传递到架体上，这样有效避免了架体可能产生的晃动或倾倒等问题的发生。

进一步地，装夹基体与第一延伸杆，固定板与第二延伸杆等铰接的方案，实现了背板每个角的受力都有能够吸收背板受力的机构，例背板上部两个角受风吹动，装夹基体可上摆，进而带动背板伸长并拉直背板，使背板上部的形变率降低，尽量确保背板表面的平整性，避免背板过于褶皱影响拍摄图像效果，以及影响后续二值化。

本发明中，补光灯包括安装基板，安装基板底部固定连接有电池，安装基板顶部固定连接有装夹基体，安装基板一侧串联多个灯体，灯体远离装夹基体一侧连接有安装基板。

进一步地，灯体之间通过管体相互串联，管体内设置有电线，电线可将电池内的电能输送至每一个灯体中，使灯体发亮，管体采用柔性管，可拉动两端的安装基板，将多个串联的灯体拉伸开，这样实现光照范围的扩大。

本发明中，补光灯包括灯体，灯体包括盖板，盖板一侧转动连接有转动杆，盖板下方设置有发光基板，发光基板下方设置有承载架，承载架侧面开设凹槽，承载架另一侧开设多个通孔。

进一步地，承载架上设置有通孔用于与第一转动基体进行螺纹连接，在第一转动基体折弯的时候，其折弯力能够传递到第一转杆以及第二转杆，这样将折弯力传递到定位板，促使定位板向上挤压发光基板，定位板采用柔性材料，向上施加力不会太大，并且灯体之间相互连接的管体一端安装在通孔内，管体抖动带来的力传导至第一转杆和第二转杆以及定位板进行分散，即确保管体在折弯后一直保持其形态，其受力能够分散掉，以确保通过管体连接的各个灯体一直保持设定的照射角度，这样可避免在补光灯在使用过程中，因外力导致已经折弯定型的补光灯逐渐形变，改变补光灯的照射角度；

本发明中，转动杆包括第一转动基体，第一转动基体侧面转动连接有第一转杆，第一转杆外侧转动连接第二转杆，第二转杆一端固定连接有定位板。

进一步地，通过设计第一转杆和第二转杆以及定位板使得发光基板下方有稳定支撑，避免发光基板松动以及促使发光基板与下方的承载架之间具有一定的隔空空间，有助于散热。

本发明相较于现有技术具有以下效果：装夹基体与第一延伸杆，固定板与第二延伸杆等铰接的方案，实现了背板每个角的受力都有能够吸收背板受力的机构，例背板上部两个角受风吹动，装夹基体可上摆，进而带动背板伸长并拉直背板，使背板上部的形变率降低，尽量确保背板表面的平整性，避免背板过于褶皱影响拍摄图像效果，以及影响后续二值化操作；安装有管体以及转动杆结构，管体在折弯后一直保持其形态，其受力能够分散掉，以确保通过管体连接的各个灯体一直保持设定的照射角度，这样可避免在补光灯在使用过程中，因外力导致已经折弯定型的补光灯逐渐形变，改变补光灯的照射角度。

附图说明

图1为本发明所涉及的一种用于植株生物学观测的装置结构示意图；

图2为本发明所涉及的连接组件结构示意图；

图3为本发明所涉及的补光灯与连接组件配合结构示意图；

图4为本发明所涉及的补光灯结构示意图；

图5为本发明所涉及的灯体结构示意图；

图6为本发明所涉及的转动杆结构示意图；

图7为本发明中相机所拍摄的植物示意图；

图8为图7经图像处理软件色彩强化后的示意图；

图9为图8二值化后的示意图；

图10为图9经计算后得出的植物的平面分布和垂向分布示意图。

附图标记说明：1-背板；2-补光灯；21-灯体；211-盖板；212-发光基板；213-承载架；214-凹槽；215-通孔；22-安装基板；23-电池；24-转动杆；241-第一转动基体；242-第一转杆；243-第二转杆；244-定位板；3连接组件；31-安装基体；32-第一延伸杆；33-移动杆；34-弹性件；35-第二延伸杆；36-固定板；361-第二凸起；37-支撑板；4-架体；41-横杆；5-固定座；51-第一板体；52-第二板体；53-立柱。

具体实施方式

实施例1：

参考附图1所示，本发明提供了一种用于植株生物学观测的装置，该装置包括架体4，架体4上端安装有连接组件3，连接组件3一端固定连接有补光灯2，架体4下端固定连接有固定座5，连接组件3下方设置有背板1，背板1夹设在连接组件3与固定座5之间，背板1前方先后摆设有植株，相机。

参考附图7,8,9,10所示，进一步地，该植株生物学观测的方法为，先采用相机先将植株拍摄，然后再将图像裁剪为背景板的标准尺寸；利用图像处理软件根据色彩差异将数字图像中的植被和背景进行色彩增强，以便后续区分；采用二值化法将图像分割，最后将标准尺寸的黑白图像采用平面直角坐标系分为横轴和纵轴，利用像素点的离散和连续的数学方法，针对不规律的投影采用离散傅里叶变换，通过编程来计算每一行、每一列植物所占的百分比，用来描述植物的平面分布和垂向分布。

值得一提的是，二值化图像分割法是图像分割的一种方法，即在二值化图象的时候把大于某个临界灰度值的像素灰度设为灰度极大值，把小于这个值的像素灰度设为灰度极小值，从而实现二值化。根据阈值选取的不同，二值化的算法分为固定阈值和自适应阈值。采用双峰法把图像转换成黑白图，其中植被为黑色、背景为白色。

参考附图1所示，进一步地，拍摄该植株的方法为：在红树林幼苗样方区地面设置1m*1m样框，用定位设备记录样框位置，在样框区外部选择合适位置设置三脚架固定相机，将1m*1m的背板1置于相机前部的植物样方内，利用相机把植物拍摄在背板1上。

实施例2：

本实施例与实施例1的区别在于，参考附图1，2所示，本发明中，架体4可弯折，架体4包括支架，相邻两根支架之间固定连接有横杆41，支架4底部固定连接有第一板体51，第一板体51上表面铺设至少两块第二板体52，第二板体52与第一板体51下方设置有立柱53。

进一步地，背板1下端与两块第二板体52均采用转动连接的形式，背板1上端与连接组件3固定连接，通过连接组件3上下转动进而改变背板1的倾斜程度，以达到不同的拍摄需求。

参考附图2所示，本发明中，连接组件3包括装夹基体31，装夹基体31呈铲斗状，装夹基体31侧方分别设置有移动杆33，移动杆33上分别套设有第一延伸杆32以及第二延伸杆35，装夹基体31背部设置有第一凸起，第一延伸杆32一端与第一凸起转动连接。

进一步地，装夹基体31内侧设置有滑轨，该滑轨与背板1的上端配合安装，实现装夹基体31带动背板1前后摆动。

参考附图3所示，本发明中，第一凸起两侧还转动连接有支撑板37，支撑板37另一端转动连接有第二凸起361，第一延伸杆32设置于支撑板37下方，第二延伸杆35一端连接有弹性件34，第二延伸杆35另一端穿过支撑板37与第二凸起361转动连接，第二凸起一侧固定连接有固定板36。

进一步地，固定板36与架体4连接，使背板1与架体4之间有一定的位移活动空间，这样在室外有风或者水流冲击背板1的情况下，背板1产生的位移容易被弹性件34消耗，值得一提的是弹性件34包括一球体外壳，以及设于球体外壳内的弹簧，并且移动杆33的一端套设在弹簧上，避免将背板1晃动产生的力传递到架体4上，这样有效避免了架体4可能产生的晃动或倾倒等问题的发生。

进一步地，装夹基体31与第一延伸杆32，固定板36与第二延伸杆35等铰接的方案，实现了背板1每个角的受力都有能够吸收背板1受力的机构，例背板1上部两个角受风吹动，装夹基体31可上摆，进而带动背板1伸长并拉直背板1，使背板1上部的形变率降低，尽量确保背板1表面的平整性，避免背板1过于褶皱影响拍摄图像效果，以及影响后续二值化。

实施例3：

本实施例与实施例1的区别在于，参考附图4,5,6所示，本发明中，补光灯2包括安装基板22，安装基板22底部固定连接有电池23，安装基板22顶部固定连接有装夹基体31，安装基板22一侧串联多个灯体21，灯体21远离装夹基体31一侧连接有安装基板22。

参考附图5所示，进一步地，灯体21之间通过管体相互串联，管体内设置有电线，电线可将电池23内的电能输送至每一个灯体21中，使灯体21发亮，管体采用柔性管，可拉动两端的安装基板22，将多个串联的灯体21拉伸开，这样实现光照范围的扩大。

参考附图5所示，本发明中，补光灯2包括灯体21，灯体21包括盖板211，盖板211一侧转动连接有转动杆24，盖板211下方设置有发光基板212，发光基板212下方设置有承载架213，承载架213侧面开设凹槽214，承载架213另一侧开设多个通孔215。

进一步地，承载架213上设置有通孔215用于与第一转动基体241进行螺纹连接，在第一转动基体241折弯的时候，其折弯力能够传递到第一转杆242以及第二转杆243，这样将折弯力传递到定位板244，促使定位板244向上挤压发光基板212，定位板244采用柔性材料，向上施加力不会太大，并且灯体21之间相互连接的管体一端安装在通孔215内，管体抖动带来的力传导至第一转杆242和第二转杆243以及定位板244进行分散，即确保管体在折弯后一直保持其形态，其受力能够分散掉，以确保通过管体连接的各个灯体21一直保持设定的照射角度，这样可避免在补光灯2在使用过程中，因外力导致已经折弯定型的补光灯2逐渐形变，改变补光灯2的照射角度；

参考附图6所示，本发明中，转动杆24包括第一转动基体241，第一转动基体241侧面转动连接有第一转杆242，第一转杆242外侧转动连接第二转杆243，第二转杆243一端固定连接有定位板244。

进一步地，通过设计第一转杆242和第二转杆243以及定位板244使得发光基板212下方有稳定支撑，避免发光基板212松动以及促使发光基板212与下方的承载架213之间具有一定的隔空空间，有助于散热。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。