本发明的一种植物根系精细矩阵图像在线观测系统，涉及一种用于植物根系生长动态在线自动观测系统,属于生态学或植物学等植物根系变化监测研究技术领域,特别涉及到植物根系生长长期监测、地下生物量估测、地下生态系统过程等研究领域。
背景技术：
根系在土壤中的生长动态观测一直是生态学研究的热点和难点，相对植物地上部分的观测，植物地下根系生长研究相对困难，传统的根系观测方法多采用挖掘法和根钻法，工作量繁重，获取的根系参数有限，且破坏性大，无法实现对根系的动态跟踪观测。随着根系研究方法的发展，有基于图象处理技术的微根管法、基于激光反射原理的探地雷达法、3d激光扫描法、核磁共振法和x光成像法等，此类方法的优点是对根系无破坏性，观测过程简便，尤其以微根管法观测技术较为成熟，经济性方面具有一定的优势，应用较为广泛。综合目前市场上的微根管法观测仪器，从原理上来说，主要分为基于扫描和基于拍照两种，基于扫描原理的微根管仪器可以实现1:1根系图像获取，但一般分辨率相对较低，基于拍照原理的微根管仪器分辨率较高，可以精细成像，但是成像面积小，且需要曲面校正。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种植物根系精细矩阵图像在线观测系统，应用该系统，可以实现对生长在土壤中的植物根系生长动态进行连续、原位、无破坏的高清晰度精细观测，并将数据直接无线传输到云端，保障数据可远程在线查看，并对仪器状态进行远程监控，提高了植物根系动态观测的自动化和智能化水平，并且也保障了科学数据的可靠性和连续性，可为地下根系生长动态、微根系周转、地下碳储量估算等研究领域提供更精确、更高频的数据来源。
一种植物根系精细矩阵图像在线观测系统，包括图像获取装置、数据采集与远程无线传输装置、太阳能供电装置。
其中，图像获取装置包括：微根观测窗、矩阵相机模块、带刻度手柄。
所述的微根观测窗是由两个外壳组合而成的箱体结构，正面为高透光玻璃，顶部设有开口，在所述的箱体内侧靠近高透光玻璃一侧设有补光灯带，其中，所述的两个外壳用橡胶圈密封，所述的高透光玻璃通过卡槽和密封胶固定在外壳上；
所述的矩阵相机模块位于箱体内；
所述的带刻度手柄，通过箱体结构顶部的开口伸入箱体内固定箱体，并且可通过手柄刻度进行定位到所需观测根系位置；其中，所述的带刻度手柄为中空。
高透光玻璃通过卡槽和密封胶固定在外壳上，补光灯带位于高透光玻璃内侧，外壳上下部分用橡胶圈密封，矩阵相机模块位于密封的机箱内，外壳为铝合金材料，喷砂阳极化处理，外壳内部为黑色磨砂表面电源线和数据线通过防水航空连接器从手柄连接孔走线，沿着中空的带刻度手柄将引出。图像获取装置中补光灯和矩阵相机模块电源线连接电源管理模块，电源由太阳能供电装置供应，其中补光灯仅在拍摄时亮，不拍摄时关闭，矩阵相机模块通过数据线连接数据采集与无线传输装置中的数据存储模块。
数据采集与无线传输装置包括：微控制器、数据存储模块、无线通信模块和电源管理模块。微控制器可以控制图像获取装置的启动时间，数据储存模块接收图像获取装置传输的图像数据信号并进行储存，无线通讯模块将储存的数据发送到云平台，电源管理模块通过连接太阳能供电装置并储存到蓄电池后，为图像获取装置和数据采集及无线传输装置供电。
所述的在线观测系统，进一步包括有数据云平台。
所述的在线观测系统的工作过程：图像获取装置根据观测深度预埋于地下，填埋土壤并压实，以免光线进入影响根系生长，由太阳能供电装置提供电力，矩阵相机模块通过微控制器设置定时拍照开启，同时补光灯带在拍照期间处于点亮状态，矩阵相机模块分为镜头(4.35mm无畸变镜头)、cmos(索尼)、mcu控制芯片(海思芯片)，图像获取流程为镜头拍摄传到cmos图像传感器再到mcu控制芯片。拍摄完成后图像存储于数据采集器，通过无线传输装置上传到云平台，根据需求在云平台在线查看、下载和管理图像数据。
本发明一种植物根系精细矩阵图像在线观测系统，其优点及功效在于：不仅具有目前微根管法所有优点，还具有高分辨率、成像面积大、无需曲面校正，并且整合无线传输模块和野外供电模块，实现野外无人值守的自动在线观测，适用于野外原位高频监测植物根系生长过程，获取全面的根系生长参数动态信息，有利于推进植物地下过程联网观测与研究。
附图说明
图1所示为本发明的观测系统的整体结构示意图。
图2所示为图像获取装置结构示意图。
图中标号如下：
1高透光玻璃；2补光灯带；3外壳(上半部分)；4矩阵相机模块；5外壳(下半部分)；6开口；7带刻度手柄
具体实施例
下面结合附图和实施例，对本发明的具体技术方案做进一步的说明。
一种植物根系精细矩阵图像在线观测系统，如图1所示，包括图像获取装置、数据采集与远程无线传输装置、太阳能供电装置。
其中，图像获取装置包括：微根观测窗、矩阵相机模块、带刻度手柄。
所述的微根观测窗是由两个外壳组合而成的箱体结构，正面为高透光玻璃1，顶部设有开口6，在所述的箱体内侧靠近高透光玻璃一侧设有补光灯带2，其中，所述的两个外壳即外壳(上半部分)3、外壳(下半部分)4用橡胶圈密封，所述的高透光玻璃通过卡槽和密封胶固定在外壳上；
所述的矩阵相机模块4位于箱体内；
所述的带刻度手柄7，通过箱体结构顶部的开口6伸入箱体内固定箱体，并且可通过手柄刻度进行定位到所需观测根系位置；其中，所述的带刻度手柄为中空。
高透光玻璃通过卡槽和密封胶固定在外壳上，补光灯带位于玻璃内侧，外壳上下部分用橡胶圈密封，矩阵相机模块(一般4-8个镜头)位于密封的机箱内，外壳为铝合金材料，喷砂阳极化处理，可以防水防锈，有利于长期埋于地下进行观测，外壳内部黑色磨砂表面减少反光，消除拍摄时外壳内部的反光，保障拍摄时成像质量，减少不拍摄时光线对植物根系生长的影响，电源线和数据线通过防水航空连接器从手柄连接孔走线，沿着中空的带刻度手柄将引出。图像获取装置中补光灯和矩阵相机模块电源线连接电源管理模块，电源由太阳能供电装置供应，其中补光灯仅在拍摄时亮，不拍摄时关闭，矩阵相机模块通过数据线连接数据采集与无线传输装置中的数据存储模块。
数据采集与无线传输装置包括：微控制器、数据存储模块、无线通信模块和电源管理模块。微控制器可以控制图像获取装置的启动时间，数据储存模块接收图像获取装置传输的图像数据信号并进行储存，无线通讯模块将储存的数据通过4g/gprs方式发送到云平台，电源管理模块通过连接太阳能供电装置并储存到蓄电池后，为图像获取装置和数据采集及无线传输装置供电。
所述的在线观测系统，进一步包括有数据云平台。
所述的在线观测系统的工作过程：图像获取装置根据观测深度预埋于地下，填埋土壤并压实，以免光线进入影响根系生长，由太阳能供电装置提供电力，矩阵相机模块通过微控制器设置定时拍照开启，同时补光灯带在拍照期间处于点亮状态，矩阵相机模块分为镜头(4.35mm无畸变镜头)、cmos(索尼)、mcu控制芯片(海思芯片)，图像获取流程为镜头拍摄传到cmos图像传感器再到mcu控制芯片。拍摄完成后图像存储于数据采集器，通过无线传输装置上传到云平台，根据需求在云平台在线查看、下载和管理图像数据。
1.一种植物根系精细矩阵图像在线观测系统，其特征在于：该系统包括图像获取装置、数据采集与远程无线传输装置、太阳能供电装置；
图像获取装置包括：微根观测窗、矩阵相机模块、带刻度手柄；所述的微根观测窗是由两个外壳组合而成的箱体结构，正面为高透光玻璃，顶部设有开口，在所述的箱体内侧靠近高透光玻璃一侧设有补光灯带；所述的矩阵相机模块位于箱体内；所述的带刻度手柄，通过箱体结构顶部的开口伸入箱体内固定箱体，并且可通过手柄刻度进行定位到所需观测根系位置；高透光玻璃通过卡槽和密封胶固定在外壳上，补光灯带位于高透光玻璃内侧，外壳上下部分用橡胶圈密封，矩阵相机模块位于密封的机箱内，
数据采集与无线传输装置包括：微控制器、数据存储模块、无线通信模块和电源管理模块；微控制器可以控制图像获取装置的启动时间，数据储存模块接收图像获取装置传输的图像数据信号并进行储存，无线通讯模块将储存的数据发送到云平台，电源管理模块通过连接太阳能供电装置并储存到蓄电池后，为图像获取装置和数据采集及无线传输装置供电；
图像获取装置中补光灯和矩阵相机模块电源线连接电源管理模块，电源由太阳能供电装置供应，其中补光灯仅在拍摄时亮，不拍摄时关闭，矩阵相机模块通过数据线连接数据采集与无线传输装置中的数据存储模块；
所述的在线观测系统，进一步包括有数据云平台。
2.根据权利要求1所述的一种植物根系精细矩阵图像在线观测系统，其特征在于：所述的带刻度手柄为中空。
3.根据权利要求2所述的一种植物根系精细矩阵图像在线观测系统，其特征在于电源线和数据线通过防水航空连接器从手柄连接孔走线，沿着所述的中空的带刻度手柄将引出。
4.根据权利要求1所述的一种植物根系精细矩阵图像在线观测系统，其特征在于：所述的外壳为铝合金材料，喷砂阳极化处理，外壳内部为黑色磨砂表面。
5.一种根据权利要求1所述的系统进行植物根系精细矩阵图像在线观测的方法，具体过程如下：图像获取装置根据观测深度预埋于地下，填埋土壤并压实，由太阳能供电装置提供电力，矩阵相机模块通过微控制器设置定时拍照开启，同时补光灯带在拍照期间处于点亮状态，矩阵相机模块分为镜头、cmos、mcu控制芯片，图像获取流程为镜头拍摄传到cmos图像传感器再到mcu控制芯片；拍摄完成后图像存储于数据采集器，通过无线传输装置上传到云平台，根据需求在云平台在线查看、下载和管理图像数据。
技术总结