农作物的形态特征如株高、茎粗、叶面积指数等直接影响作物最终的产量,而这些特征随作物品种、生长阶段和种植密度的变化而变化。准确及时地获取农作物不同生长阶段的形态特征对于深入研究作物的生物特性、优选育种、长势监测等具有重要意义。目前主要依靠人工测量方法获取作物的形态特征,存在速度慢、主观性强、劳动强度大等缺陷。本文设计并研制了一套履带式小车图像采集系统,能满足不同旱田作物不同生长阶段的图像采集,为表型研究者提供一种新的图像采集手段。主要研究内容和结果如下:(1)系统总体方案的设计。基于旱田田间复杂地面环境和农作物生长的地理、空间分布位置特点,确立了以履带式底盘和T字型支架作为小车的主要硬件结构。对小车在田间导引方式的研究,决定采用磁导引传感器感应导航磁条方式实现小车在田间按路径自动行走,运用无线通信技术远程监测小车运行轨迹状态,并在系统顶端安装太阳能电池板,为小车在运行时补充电能。对系统图像采集方案研究,确立了在T字型支架两侧分别安装俯视和侧视相机,通过计算机软件自动控制数码相机同时采集两个作物行生长图像。(2)小车自动行走方法研究。确定了以CCF-D16型磁导引传感器、CCF-DB1磁地标传感器作为小车自动导引和地标识别的重要元器件。通过对二者应用原理和响应状态的分析,确定了履带式小车采用差速原理实现小车直线行走和转向,其中连续磁地标信号可用作触发远程监测的站点指示,单个地标信号可用作触发背景布升降或定位单个植株。通过滴水法测试系统的行走偏差,表明小车运行速度低于0.3m/s时,最大偏差为±3.5cm。(3)基于PLC的系统控制部分研究。确立了以欧姆龙CP1H系列PLC作为核心控制器,围绕其开关量输入输出和模拟量信号输出方案设计了履带式小车控制梯形图程序,主要包括PLC和计算机、触摸屏之间的串口通讯程序,PLC接受磁导引传感器、磁地标传感器开关量信号并对响应信号进行分析和判断,控制驱动电机、背景布电机、图像采集相机完成相应动作的程序。(4)图像采集方法研究。完成计算机中图像采集软件及对采集相机控制方案的设计。提出了连续和定点两种图像采集控制方案,连续采集模式单个相机采集效率为每分钟30张,定点采集模式下单个相机采集效率为每分钟20张。为了验证图像采集系统的可行性,利用连续采集模式实际采集了60盆玉米植株,试验表明该系统能稳定、可靠采集作物生长图像。