基于结构光视觉的植物三维叶绿素荧光成像系统.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN116106280A(43)申请公布日2023.05.12(21)申请号202310009357.5(22)申请日2023.01.03(71)申请人安徽农业大学地址230036安徽省合肥市长江西路130号(72)发明人王玉伟杨玲玲徐洪志饶元束宏伟刘路董萧金秀(74)专利代理机构深圳市广诺专利代理事务所(普通合伙)44611专利代理师李亚萍(51)Int.Cl.G01N21/64(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图1页(54)发明名称基于结构光视觉的植物三维叶绿素荧光成像系统(57)摘要本发明公开了基于结构光视觉的植物三维叶绿素荧光成像系统，包括：步骤S1：搭建三维叶绿素荧光成像系统；步骤S2：红色滤波片模式下切换测量光光源、光化光光源、饱和脉冲光源、远红光光源，采集不同状态下植物的叶绿素荧光图像；步骤S3：打开普通白光光源，红色、绿色、蓝色滤波片模式下依次采集植物的单通道图像，融合获得植物的三通道彩色图像；步骤S4：关闭所有光源，中性滤波片模式下采集被植物调制后的双频十二步相移条纹图像，重构出植物的三维点云模型；步骤S5：利用叶绿素荧光图像、三通道彩色图像对植物三维点云模型进行逐像素渲染，实现植物三维叶绿素荧光成像。CN116106280ACN116106280A权利要求书1/2页1.基于结构光视觉的植物三维叶绿素荧光成像系统，其特征在于：具体包括以下步骤：步骤S1：搭建三维叶绿素荧光成像系统，主要包括近红外相机、电动滤波轮、数字投影仪、测量光光源、光化光光源、饱和脉冲光源、远红外光光源、普通白光光源、光源控制器和待测植物，其中电动滤波轮安装在近红外相机正前方；步骤S2：电动滤波轮切换至红色滤波片模式；①首先打开测量光光源，近红外相机采集植物暗适应后的最小荧光图像Fo；②其次打开饱和脉冲光源，近红外相机采集植物暗适应后的最大荧光图像Fm；③然后打开光化光光源，再打开饱和脉冲光源，近红外相机依次采集植物光适应后的最大荧光图像Fm′和稳态荧光图像Fs；④最后打开远红外光光源，近红外相机采集植物光适应后的最小荧光图像Fo′；步骤S3：打开普通白光光源，电动滤波轮依次切换至红色滤波片、绿色滤光片、蓝色滤光片三种模式，近红外相机依次采集不同颜色模式下植物的单通道图像，并将它们作为彩色图像的三通道颜色分量，融合便可获得三通道彩色图像；步骤S4：关闭所有光源，电动滤波轮切换至中性滤波片模式，数字投影仪投射双频十二步相移条纹至待测植物，近红外相机同步采集被植物调制后的双频十二步相移条纹图像，解算出高频绝对相位；然后根据近红外相机‑数字投影仪系统标定结果，将高频绝对相位逐像素映射至三维空间，便可重构出植物的三维点云模型；步骤S5：上述图像数据采集过程中，整个三维叶绿素荧光成像系统保持固定，因此可直接利用叶绿素荧光图像、三通道彩色图像对植物三维点云模型进行逐像素渲染，获得三维空间下的叶绿素荧光图像和彩色图像，有助于解析植物三维叶绿素荧光空间分布情况。2.根据权利要求1所述的基于结构光视觉的植物三维叶绿素荧光成像系统，其特征在于：所述步骤S1中，所述近红外相机的光谱范围为400nm至1000nm。3.根据权利要求1所述的基于结构光视觉的植物三维叶绿素荧光成像系统，其特征在于：所述步骤S1中，所述电动滤波轮可切换至四种模式，分别为红色绿光片、绿色滤光片、蓝色滤波片、中性滤波片；其中红色滤波片的中心波长为690nm，绿色滤光片的中心波长为550nm，蓝色滤波片的中心波长为450nm。4.根据权利要求1所述的基于结构光视觉的植物三维叶绿素荧光成像系统，其特征在于：所述步骤S1中，所述测量光光源的波长为450nm，光化光光源的波长为660nm，饱和脉冲光源的波长为450nm，最大光强为4000umolm‑2s‑1，远红外光光源的波长为740nm。5.根据权利要求1所述的基于结构光视觉的植物三维叶绿素荧光成像系统，其特征在于：所述步骤S2中，根据叶绿素荧光图像Fo、Fm、Fm′、Fs和Fo′，进一步推算出能够反映植物光合生理的叶绿素荧光参数如下：PSII最大光化学量子产量Fv/Fm＝(Fm‑Fo)/Fm；PSII光化学淬灭系数qP＝(Fm′‑Fs)/(Fm′‑Fo′)；Chl荧光非光化学淬灭系数NPQ＝(Fm‑Fm′)/Fm′；PSII光化学有效量子产量Fv′/Fm′＝(Fm′‑Fo′)/Fm′。6.根据权利要求1所述的基于结构光视觉的植物三维叶绿素荧光成像系统，其特征在于：所述步骤S4中，被植物调制后的双频十二步相移条纹图像表示为：2CN116106280A权利要求书2/2页式中：n＝1,2,,12；和表示高频条纹和低频条纹，并设置低频条纹的频率小于1；A(x,y)和B(x,y)分别