用于测量植物的叶盘生长的方法以及对此适合的装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及用于测量叶盘的生长的方法及装置。该方法的特征在于以下步骤：ａ）拍摄系统的校准；ｂ）叶盘的至少两个图像的图像拍摄；ｃ）图像数据的处理，其包括ｉ）通过阈值分割来分割叶盘，ｉｉ）多倍的形态学的侵蚀步骤，ｉｉｉ）边缘清理以移除存储容器的边缘；ｄ）３Ｄ重建：借助于立体算法建立差异图，根据先前所确定的校准参数从差异图计算３Ｄ表面模型；ｅ）平滑先前所获得的表面模型；ｆ）从面积的时间序列求得生长率。该装置包括至少一个摄像机、照明单元、用于摄像机及（红外线）照明的在Ｘ－／Ｙ－平面中的移动平台、用于叶盘的存储容器以及电子的评估及控制单元。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于测量叶盘(Blattscheibe)的生长(Wachstum)的方法以及对此适合的装置。
技术介绍
植物生长是重要的栽培特征(Zuechtungsmerkmal)，并且在新陈代谢过程 (Stoffwechselvorgang)和有效物质(Wirkstoff)对生长的影响的研究中具有同样大的意义。完整的植物的应用引起高的面积需求。此外，仅确定的生长形式(Wuchsformen) (特别是蔷薇植物(Rosettenpflanzen) ；Walter et al. 2007)适用于测量完整的叶。随着植物年龄的增加，增加的遮盖(Verdeckimg)限制这种方法于植物的相当年轻的阶段。根据现有技术，代替完整的植物，也使用裁剪(ausgestanzt)的叶盘。裁剪的叶盘在合适的液体营养液(Nahrkjsung)中生长数日(Walterfooo)。由此，节约空间地在高通量(Hochdurchsatz)中测量大量植物的生长是可行的。此外，叶盘允许有效物质的简单的应用。用于光学测量叶片生长的传统的方法通常(i. d. R.)使用完整的植物。以光学方式确定单个植物的表面，或者以2维方式、即通过测量所投影的叶片面积(Granier et al. 2006 ；Walter et al. 2007)，或者以3维方式、即在利用激光扫描仪(Laserscanner)或立体摄像机(Stereokamera)获得的表面模型上(Kaminuma et al. 2004)实现。此外，存在用于测量叶盘的面积的商业上可供使用的系统，叶盘位于固定的基底上(例如，LemnaTec GmbH)。后者例如用于量化通过草食动物(Herbivore)引起的虫害(Fraβ schaden)或通过真菌病引起的损害。对于生长实验，叶盘必须在溶液中自由漂浮，这是因为固定的基底强烈地妨碍生长。在实验过程中的液面(Flilssigkeitsspiegel)的下降导致投影面积的减少，实际的面积增加与此叠加(Uberlagern)。因此，2D的传统的光学测量方法不能确定实际的生长率 (Wuchsrate)。对于具有高生长率的叶盘，液面的下降只是导致低估实际的生长率。对于具有低生长率(具有通过下降而测得的表面上为负的生长在数量级上的数值(Betrag))的叶盘，可能是根本无意义的测量。因为许多植物具有生长的显著的日阶段(Tagesgang)，所以实际生长率的测量意义重大。在倾斜放置的或拱形的叶盘(后者例如在植物激素的作用下发生)中，产生较小的投影面积。因此，利用非立体方法(Nicht-Mereo-Verfahren)测量生长同样是不可能的。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是，提供一种方法，利用该方法能够精确测量生长(即叶盘的面积增长)和分辨(aufl0sen).生长的日间(tageszeitlich)的动态(Dynamik)。此外，本专利技术的目的是，能够在植物种类的宽的范围O^lette)处执行标准化的生长测量。根据本专利技术，基于权利要求1的前序部分的目的利用在权利要求1的特征部分中给出的特征而实现。此外，根据本专利技术，基于权利要求7的前序部分的目的利用在权利要求 7的特征部分中给出的特征而实现。已证明，利用根据本专利技术的方法和装置能够在带有例如约500个叶盘的样本量的高通量中执行生长测量并且在此以约1至1. 5小时的间隔检测或分辨生长和生长的日间的动态。根据本专利技术的方法和装置使得叶盘生长的与时间相关的高分辨的分析成为可能。该方法和装置可在调节和校准后在没有另外的维护和没有人力投入的情况下自动运行超过 2-5天直到约2周。通过根据本专利技术的方法和装置能够使植物在叶盘的基部(Basis)上的实际的(在光学检测方面)生长率成为可能。迄今为止，这利用根据现有技术已知的光学测量方法是不可能的。本专利技术涉及用于测量叶盘的生长的方法，其特征在于以下方法步骤1.拍摄系统的校准摄像机的校准可利用根据例如Bouguet 2005的标准方法实现。然而，其它的根据现有技术已知的方法同样可行。单独的立体校准是不必要的，这是因为预设摄像机位置的相对位置。校准参数的了解(Kermtnis)对后续的3D重建是必要的。在该步骤中确定的参数为焦距，主点(Hauptpimkt)(=光学轴线与投影面(Bildebene)的交点)，径向和切向失真(Verzerrung)。2.图像拍摄根据所选择的立体方法(Mereoverfahren)，可每个叶盘地拍摄a)用于基于关系(korrelationsbasiert)的方法的两个图像(Faugeras et al. 1996)或者b)用于借助于导出式过滤器(Ableitungsfilter)拍摄光学流的方法的> 2个图像(Scharr et al.， 2007)。在方法中图像的更大的数目允许系统误差的显著减少(Scharr，2004)。通过利用第三移动平台移动相同的摄像机，实现足够小的立体基线(Mereo-Grimdlinie)。代替第三移动平台，可使用两个摄像机。例如可使用工业摄像机andustriekamera)或立体摄像机 (Stereokamera)作为摄像机。3.图像数据的处理对于图像数据的评估，在培养基中自由漂浮的叶盘必须与背景分离，或者叶盘的图像数据被分割。因为使用红外线过滤器，所以仅灰度级图像(Graustufenbild)可供分割使用。首先执行a)阈值分割(例如Jaehne，2002)。用于阈值分割的其它根据现有技术已知的方法也是适合的。在此，根据背景-叶盘逐一选取像素并且进行挑选。紧接着，通过边缘区域(例如脉管壁(GefaBwand)，在液体表面上的反映 (Reflexionen))首先通过b)多倍的形态学的侵蚀步骤被移除并且然后挑选所保留的带有最小值(以像素)的对象，识别潜在的叶盘。紧接着进行c)边缘清理(Randbereinigimg)，在其中叶盘所位于其中的脉管的边缘被淘汰(ausselektionieren)。(见图 9)4. 3D 重建借助于立体算法(Mereo-Algorithmus)(例如Biskup et al 2007)建立差异图(Disparitatskarte)。与立体摄像机、立体观察(Mereosehen)、深度图像评估(Tiefenbildauswertung)有关的是在位置中的移动(Offset)的差异(Disparitat)或偏差(Deviation)，在两个不同的图像平面上的图(Abbildimg)中的相同的对象进行该移动。在此，属于图像平面的焦点 (Brennpunkt)通过基值b在空间上彼此分开。然后，利用两个镜头(Linse)的焦距f，得出以下关系r = bflD，其中，D代表差异。人们即可通过测量在立体图中的差异而求得到对象的距离r。差异图的后处理非特征点(Ausrei β er)，即远离周围的点的单个3D点，通过中间过滤器 (Medianfilter)(例如Jaehne，2002)而被去除。由于例如太小的反差(Kontrast)而不可能进行差异估计的区域借助于标准化的折叠O^ltimg) (Knutson&ffestin, 1993)被封闭。 紧接着根据之前确定的校准参数从差异本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于测量叶盘的生长的方法，其特征在于以下步骤：ａ）校准拍摄系统；ｂ）进行叶盘的至少两个图像的图像拍摄；ｃ）图像数据的处理，其包括ｉ）通过阈值分割来分割所述叶盘，ｉｉ）形态学的侵蚀步骤，ｉｉｉ）边缘清理以移除存储容器的边缘；ｄ）３Ｄ重建：借助于立体算法建立差异图Ｄ，根据先前所确定的校准参数从所述差异图计算３Ｄ表面模型；ｅ）平滑先前所获得的所述表面模型；ｆ）从面积的时间序列求得生长率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·比斯库普，
申请(专利权)人：于利奇研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：DE