一种光学成像辅助食用菌育种自动化筛选优化装置的制作方法

本发明属于生物工程育种技术领域，特别涉及一种光学成像辅助食用菌育种自动化筛选优化装置。

背景技术：

食用菌育种是指不同种或种内不同株系之间的交配，通常包括杂交配对、转管繁殖、初筛、复筛、栽培试验、示范推广等阶段。其中初筛和复筛阶段，需要测量计算：1.菌丝生长速度；2.出菇菌块(袋)的表型特征；3.子实体表型特征；4.子实体的产量；5.适宜生长温度、湿度等。目前常用的测量计算方式包括：卡尺测量菌丝、菌块(包)、子实体的尺度信息，人工使用光学成像仪器获取菌体形态、水份含量等表型信息。光学成像增强了表型提取的信息丰富度，降低了对菌体的破坏性，是育种的有效辅助工具。

食用菌育种初筛和复筛的对象是种类繁多的杂交品种，需要耗费大量的人工采集菌体信息，对于实时性的检测，频繁地人工测定效率低下，且容易造成条目登记失误，从而影响育种进度及准确性。结合光学成像手段，设计一种食用菌育种自动化筛选装置，定时监测菌体的表型信息，替代人工测定，避免人为误差或失误，可以提高食用菌育种效率与成功率。

技术实现要素：

在食用菌育种筛选阶段，为了实现对繁多品种的菌体的表型进行自动化监测筛选功能，本发明提供了一种光学成像辅助食用菌育种自动化筛选优化装置，该装置主要由载物台及滑动导轨组成，载物台划分为均等的网格用于放置各品种菌株，滑动导轨分为主导轨和副导轨，主导轨用于搭载可见光相机、多光谱相机、荧光相机等成像仪器，成像仪器可在主导轨上横向移动，主导轨可在副导轨上纵向移动，以确保成像仪器可以覆盖载物台的每一个网格。其具体技术方案如下：

一种光学成像辅助食用菌育种自动化筛选优化装置，包括载物台1，主导轨2，副导轨3以及成像仪器固定器4；

所述载物台1由支撑角5和台面6组成，台面6被均匀划分为若干网格区域，每个网格区域用来培养一种食用菌株，放置在网格正中央的圆形培养皿标识区7；

所述主导轨2的主体结构由横梁8、支撑架9组成，由三角固定支架10连接而成，横梁8内部上下各设置一条橡皮导轨条11，两个带有伺服电机的凹形轮12被咬合在两条橡皮导轨条11之间；

所述副导轨3的主体结构为横梁8，与主导轨类似，副导轨的横梁8内部上下各设置一条橡皮导轨条11，两个带有伺服电机的凹形轮12被咬合在两条橡皮导轨条11之间；

所述主导轨2和副导轨3通过三角连接器13连接在一起，保证结构的稳定性，凹形轮12的轴心与三角支架13的底边顶角连接；

所述成像仪器固定器4通过连接器14与凹形轮12的轴心进行连接，成像仪器固定器4下端包含三个成像仪器固定位点15，用于固定成像仪器16(包括可见光相机、多光谱相机和荧光相机)，固定位点15可横向转动，以调整成像仪器的角度；

所述主导轨上的伺服电机控制凹形轮12转动，让成像仪器16在台面6上方横向移动；

所述副导轨上的伺服电机控制凹形轮12转动，使主导轨纵向移动，从而让成像仪器16在台面6上方纵向移动；

在主导轨和副导轨的运动控制下，所述成像仪器16定时对台面6上每个网格的食用菌株逐一进行定时拍摄成像，回传到上位机处理分析得到相关表型信息；

上位机记录了伺服电机的编码状态，确定了当前相机检测的食用菌株对应的网格区域，同时可见光相机采集图像信息，通过识别圆形培养皿标识区，反馈给私服电机控制系统，调整位置以获取最佳的观测点位。

上述一种光学成像辅助食用菌育种自动化筛选优化装置的使用方法，包含如下步骤：

步骤1：

将每一份培育的食用菌株培养皿放在台面6的网格区域内的圆形培养皿标识区7内，设定好温湿度等生长条件；

步骤2：

将控制伺服电机、成像仪器及图像分析的上位机重置，设定成像系统的工作周期，上位机执行初始化，成像仪器固定器4复原到初始位置；

步骤3：在工作周期内，上位机控制主导轨2、副导轨3上的伺服电机，移动成像仪器固定器4，对台面的食用菌株遍历拍摄图像，其中多光谱相机全天候工作，可见光相机在白天工作，荧光相机在夜晚工作，由上位机分析对图像进行分析，从多光谱图像中分析获取食用菌株的含水量、成分含量、长势等表型信息，从可见光图像和荧光图像中分析获取食用菌的形态以及尺度等表型信息，对各项表型信息进行登记；

步骤4：

食用菌的生长周期结束后，计算机对采集登记的表型信息进行综合分析，结合既有的判别标准，保留优良品种的食用菌株。

本发明的一种光学成像辅助食用菌育种自动化筛选优化装置，与现有食用菌育种筛选操作手段相比，有益效果为：

一、主导轨和副导轨实现了成像仪器对台面网格区域的全覆盖，伺服电机的精确控制为图像采集的自动化运作提供了基础，极大地提高了表型信息采集的效率；

二、结合上位机的图像分析及圆形目标检测，进一步提高了相机的定位精度；

三、利用伺服电机自带的编码器，可以方便地获取每一个网格区域的id，从而实现数据条目的自动化整理；

四、三种不同的成像仪器相互补充，提取更多的表型信息，并进行数据校验，提高提取信息的准确性；

五、载物台的纵向具有可扩展性，以实现更大样本规模的食用菌育种实验。

附图说明

图1为本发明的一种光学成像辅助食用菌育种自动化筛选优化装置整体结构示意图；

图2为本发明的一种光学成像辅助食用菌育种自动化筛选优化装置的载物台示意图；

图3为本发明的一种光学成像辅助食用菌育种自动化筛选优化装置的主导轨示意图；

图4为本发明的一种光学成像辅助食用菌育种自动化筛选优化装置的副导轨示意图；

图5为本发明的一种光学成像辅助食用菌育种自动化筛选优化装置的成像仪器固定器示意图。

其中：1-载物台，2-主导轨，3-副导轨，4-成像仪器固定器，5-载物台支撑角，6-载物台台面，7-圆形培养皿标识区，8-横梁，9-主导轨支撑架，10-三角固定支架，11-橡皮导轨条，12-带有伺服电机的凹形轮，13-三角连接器，14-成像仪器连接器，15-成像仪器固定位点，16-成像仪器。

具体实施方式

下面结合具体实施案例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于这些实施例。

实施例1

一种光学成像辅助食用菌育种自动化筛选优化装置，包括载物台1，主导轨2，副导轨3以及成像仪器固定器4；

所述载物台1由支撑角5和台面6组成，台面6被均匀划分100×100个网格区域，每个网格区域用来培养一种食用菌株，放置在网格正中央的圆形培养皿标识区7；

所述主导轨2的主体结构由横梁8、支撑架9组成，由三角固定支架10连接而成，横梁8内部上下各设置一条橡皮导轨条11，两个带有伺服电机的凹形轮12被咬合在两条橡皮导轨条11之间；

所述副导轨3的主体结构为横梁8，与主导轨类似，副导轨的横梁8内部上下各设置一条橡皮导轨条11，两个带有伺服电机的凹形轮12被咬合在两条橡皮导轨条11之间；

所述主导轨2和副导轨3通过三角连接器13连接在一起，保证结构的稳定性，凹形轮12的轴心与三角支架13的底边顶角焊死；

所述成像仪器固定器4通过连接器14与凹形轮12的轴心进行连接，成像仪器固定器4下端包含三个成像仪器固定位点15，用于固定成像仪器16(包括可见光相机、多光谱相机和荧光相机)；

所述主导轨上的伺服电机控制凹形轮12转动，让成像仪器16对台面6进行横向监测；

所述副导轨上的伺服电机控制凹形轮12转动，使主导轨纵向移动，从而让成像仪器16对台面6进行纵向监测；

在主导轨和副导轨的运动控制下，所述成像仪器16定时对台面6上每个网格的食用菌株逐一进行定时拍摄成像，回传到上位机处理分析得到相关表型信息；

上位机记录了伺服电机的编码状态，确定了当前相机检测的食用菌株对应的网格区域，同时可见光相机采集图像信息，通过识别圆形培养皿标识区，反馈给私服电机控制系统，调整位置以获取最佳的观测点位；

一种光学成像辅助食用菌育种自动化筛选优化装置的使用方法，包含如下步骤：

步骤1：

将每一份培育的食用菌株培养皿放在台面6的网格区域内的圆形培养皿标识区7内，设定一组生长环境：温度28℃，湿度80％。

步骤2：

将控制伺服电机、成像仪器及图像分析的上位机重置，设定成像系统的工作周期为2小时，上位机执行初始化，成像仪器固定器4复原到初始位置；

步骤3：在工作周期内，上位机控制主导轨2、副导轨3上的伺服电机，移动成像仪器固定器4，对台面的食用菌株遍历拍摄图像，其中多光谱相机全天候工作，可见光相机在白天(8:00～18:00)工作，荧光相机在夜间(18:00～8:00)工作，由上位机分析对图像进行分析，从多光谱图像中分析获取食用菌株的含水量、成分含量、长势等表型信息，从可见光图像和荧光图像中分析获取食用菌的形态以及尺度等表型信息，对各项表型信息进行登记；

步骤4：

食用菌的生长周期结束后，计算机对采集登记的表型信息进行综合分析，结合既有的判别标准，保留优良品种的食用菌株。

本实施例的一种光学成像辅助食用菌育种自动化筛选优化装置，装置使用时，首先将食用菌株放置在载物台台面的网格区域内，对上位机进行参数设定和初始化后，主导轨控制成像仪器的横向移动，副导轨控制成像仪器的纵向移动，成像仪器采集食用菌株的图像信息，由上位机对图像进行分析提取表型，伺服电机和成像仪器在设定周期内工作。本发明减少人力看管和干预，极大提高信息的采集效率与准确度。

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