CN101881598B - 基于机器视觉的玉米果穗性状参数自动检测装置 - Google Patents
基于机器视觉的玉米果穗性状参数自动检测装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于机器视觉的玉米果穗性状参数自动检测装置，该装置包括：图像采集模块，采集待测玉米果穗旋转一周的每一行的图像，并将采集到的图像实时传送至控制处理模块；旋转称重模块，测量待测玉米果穗的重量，带动待测玉米果穗旋转，并在开始旋转时向控制处理模块发送已旋转信号；控制处理模块，向所述旋转称重模块发送旋转信号以及称重信号，在接收到所述旋转称重模块发送的已旋转信号的同时，向所述图像采集模块发送图像采集信号，并对所述图像采集模块传送的图像进行处理，获得待测玉米果穗性状参数并实时显示。本发明的装置集图像采集、处理、显示于一体，且可以称重，可测量参数增加，且测量效率、精度高。
Description
技术领域
本发明涉及玉米考种技术领域，尤其涉及一种基于机器视觉的玉米果穗性状参数自动检测装置。
背景技术
目前玉米考种一般采用人工测量的方法，获取考种所需的果穗性状参数：果穗长度、穗粗、秃顶长度、每行粒数、每穗粒数、穗重、秃顶率、出籽率、粒色。人工测量和目测，存在着速度慢、强度大、主观性强、误差大、适时性差费时费力常出错等缺陷，且一些特征还难以定量描述。目前国内外还不存在玉米考种的自动装置。
在相关文献中，较多研究基于图像处理技术，用图像的方式记录获取玉米的形态特征，对玉米的籽粒、幼苗、成株等不同时期进行考察。杨锦忠等人在两篇文献对玉米果穗的若干性状进行了初步的探讨和研究，其搭建的实验平台是800×630×660mm灯箱或者摄影棚，箱内表面贴双层黑布，安置四个卤素灯(12V、51W)，两个在上方，两个前向照明，将单果穗垂直悬挂于箱中央，绕穗中心轴依次旋转120度拍照，测量穗行数时，利用穗横断面外部轮廓，如图1(a)、1(b)所示。基于上述装置，利用采集到的图像主要考察的玉米果穗特征有：穗长、穗粗、穗型、穗顶色、穗轴色、穗行数、籽粒的排列形式、侧面积，穗周长，等圆直径，长轴长，短轴长等。这类装置仅完成图像采集，且采集图像时采用线悬挂的方法，不便进行旋转控制，借助其他软件进行参数提取，考察的玉米果穗性状参数相对较少，无法满足考种需要；该实验平台采集图像时，要在暗室中才能完成，外部条件要求较高，图像的处理部分要在计算机中借助其他软件才能完成，不便于自动获取；穗行数的获取需要利用穗横断面，需要破坏穗的完整性获取穗的横断面，费时费力；且只可以获取果穗的三个侧面图像，无法获取果穗的重量参数。
发明内容
(一)技术问题
本发明要解决的一个技术问题是：提供一种集图像采集、处理、显示于一体，且可以称重的玉米果穗性状检测装置。
本发明要解决的另一个技术问题是：增加玉米果穗性状检测装置可测量参数。
本发明要解决的再一个技术问题是：提高玉米果穗性状检测装置的测量效率、精度。
(二)技术方案
为达到所述目的，本发明提供了一种基于机器视觉的玉米果穗性状参数自动检测装置，该装置包括：图像采集模块，用于在接收到图像采集信号后采集待测玉米果穗旋转一周的每一行籽粒的图像，并将采集到的图像实时传送至控制处理模块；旋转称重模块，在接收到称重信号后测量待测玉米果穗的重量，在接收到旋转信号后带动待测玉米果穗旋转，并在开始旋转时向控制处理模块发送已旋转信号；控制处理模块，用于向所述旋转称重模块发送旋转信号以及称重信号，在接收到所述旋转称重模块发送的已旋转信号的同时，向所述图像采集模块发送图像采集信号，并对所述图像采集模块传送的图像进行处理，获得待测玉米果穗性状参数并实时显示。
其中，所述旋转称重模块包括：圆台，用于固定所述待测玉米果穗；升降台，在第一驱动电机驱动下升降，所述第一驱动电机与所述控制处理模块相连并接收所述控制处理模块发送的称重信号；压力传感器，设置在所述升降台上方第一设定位置处，与所述圆台连接，由所述升降台顶起至第二设定位置，并随所述升降台的下落而下落至所述第一设定位置，从而带动所述圆台的上升及下落，上升至所述第二设定位置处时将压力信号传送至所述控制处理模块；旋转台，用于在所述圆台处于所述第一设定位置时在第二驱动电机的驱动下带动所述圆台旋转，所述第二驱动电机与所述控制处理模块相连并接收所述控制处理模块发送的旋转信号。
其中，所述旋转台下表面设置有涡轮，所述涡轮通过蜗杆与所述第二驱动电机相连，在所述第二驱动电机驱动下，带动所述旋转台旋转。
其中，所述旋转台与所述圆台接触剖面呈倒梯形。
其中，所述圆台上设置有用于插入固定待测玉米果穗的顶针。
其中，所述圆台通过了连接杆与所述压力传感器固定连接。
其中，所述图像采集模块包括：线阵相机CCD，与所述控制处理模块相连；支架，用于固定所述线阵相机CCD。
(三)有益效果
本发明的装置集成了线阵CCD相机、控制处理模块、旋转称重模块，控制采集模块达到同步，便于精确控制旋转的角度，以便得到清晰的图像；采集结束后，控制处理模块将采集的图像进行实时处理，提取的果穗性状参数实时显示，便于观察；旋转称重模块内嵌压力传感器，实现了果穗重量参数的测量。
附图说明
图1(a)为利用现有技术的装置进行玉米果穗性状参数测量时采集到的玉米果穗横断面；
图1(b)为利用现有技术的装置进行玉米果穗性状参数测量时的籽粒行计数示意图；
图2为依照本发明一种实施方式的基于机器视觉的玉米果穗性状参数自动检测装置结构示意图；
图3为依照本发明一种实施方式的基于机器视觉的玉米果穗性状参数自动检测装置中旋转称重模块剖面示意图；
图4为依照本发明一种实施方式的基于机器视觉的玉米果穗性状参数自动检测装置工作原理示意图；
图5为使用发明装置对采集的图像进行处理的结果示意图。
具体实施方式
本发明的基于机器视觉的玉米果穗性状参数自动检测装置，结合附图和实施例详细说明如下。
依照本发明一种实施方式的基于机器视觉的玉米果穗性状参数自动检测装置，该装置包括：图像采集模块，每隔一段时间采集一幅图像，采集待测玉米果穗旋转一周的每一行玉米籽粒的图像，并将采集到的图像实时传送至控制处理模块；旋转称重模块，带动待测玉米果穗旋转，并测量待测玉米果穗的重量；控制处理模块，向旋转称重模块发送旋转信号以及称重信号，向图像采集模块发送图像采集信号以及采集结束信号，并对图像采集模块发送的图像进行处理，获得待测玉米果穗性状参数并显示。
如图2所示，控制处理模块包括：控制单元10、与控制单元10连接的处理单元12、以及与处理单元12相连的各种数据线11，该处理单元12为PC机中的软件处理程序，控制单元10通过数据线11与PC机的RS232口相连。图像采集模块包括线阵CCD相机13以及固定该CCD相机13的支架14。
如图2-3所示，旋转称重模块包括：圆台1，用于固定待测玉米果穗，其上设置有插入固定待测玉米果穗的顶针9；升降台5，在第一驱动电机6驱动下升降，第一驱动电机6与控制单元10相连并在接收到控制单元10发送的称重信号时驱动升降台5上升，接收到控制单元10的下降信号时下降，第一驱动电机6优选为开关磁阻电机；压力传感器4，设置在升降台5上方第一设定位置处，与圆台1通过连接杆7固定连接，可由升降台5顶起至第二设定位置，并随升降台5的下落而下落至该第一设定位置，从而带动圆台1的上升以及下落，升降台5上升至第二设定位置时，压力传感器4将压力电压信号传送至控制单元10，实现对圆台1、连接杆7、顶针9以及待测玉米果穗整体的称重；旋转台2，当升降台5下降，压力传感器4落回初始的第一设定位置时，圆台1与旋转台2接触连接(如图2所示其接触剖面可呈倒梯形)，在第二驱动电机15的驱动下旋转台2可带动圆台1旋转，第二驱动电机15与控制单元10相连，并在接收到控制单元10发送的旋转信号时驱动旋转台2旋转，旋转台2下表面设置有涡轮3，涡轮3通过蜗杆8与第二驱动电机15相连，在第二驱动电机15驱动下，带动旋转台2旋转，第二驱动电机15为无刷直流电机。第二设定位置为升降台5不再继续上升的位置，可以为升降台5所能上升的最大高度处，也可根据需要设定其它升降台5的停止上升位置。
本发明装置的PC机中的处理单元12与线阵CCD相机13、旋转称重模块相连，控制旋转称重模块匀速转动，使线阵CCD相机13采集玉米果穗旋转一周的每一行的图像，处理单元12将采集的图像读入，且实时快速的进行图像处理并显示结果。同时，旋转称重模块中内嵌压力传感器4，所以能够实时显示的玉米果穗性状参数包括果穗长度、穗行数、秃顶长度、每行粒数、每穗粒数、穗重、秃顶率、以及粒色。且测量效率高、精度高、测量参数多、操作方便、省时省力。如图4所示，使用本发明的装置进行玉米果穗性状参数的自动检测时，其工作过程如下：
PC机中的处理单元12通过控制单元10发送称重信号至第一驱动电机6，驱动升降台5上升，将压力传感器4、连接杆7、圆台1、顶针9以及顶针9上面的玉米果穗顶起，使圆台1与旋转台2、涡轮3、蜗杆8分离，称连接杆7、圆台1、顶针9以及玉米果穗的重量，上升至最大高度时，压力传感器4将压力电压信号传送至控制单元10，控制单元10将电压值转换成重量值，并发送至PC机中的处理单元12；处理单元12通过控制单元10向第一驱动电机6发送下降信号，将升降台5降下，然后向第二驱动电机15发送旋转信号，开启第二驱动电机15驱动旋转台2旋转；控制单元10向处理单元12返回玉米果穗已开始旋转的信号；处理单元12通过1394口，开启线阵CCD相机13，控制线阵CCD相机13每隔一段时间采集一幅图像，并实时将采集到的图像传送至处理单元12，当连续采集完玉米果穗一周的图像时，处理单元12控制线阵CCD相机13结束采集，并对采集到的图像进行处理，处理后的结果如图5所示，实时显示提取的果穗性状参数。
用本发明的装置进行了一次玉米果穗性状参数自动检测的结果，为：果穗长度：20.2cm、穗行数：20、秃顶长度：1.1cm、每穗粒数：782、穗重：282g、粒色：黄，秃顶率3.3％(40穗统计值)。实测值：果穗长度：20.8cm、穗行数：20、秃顶长度：0.9cm、每穗粒数：780、穗重：286g、粒色：黄，秃顶率3.0％(40穗统计值)。从测量结果上看，与实测值基本保持一致，该装置可用于玉米果穗性状参数的测量。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (5)
1.一种基于机器视觉的玉米果穗性状参数自动检测装置，其特征在于，该装置包括：
图像采集模块，用于在接收到图像采集信号后采集待测玉米果穗旋转一周的每一行籽粒的图像，并将采集到的图像实时传送至控制处理模块；
旋转称重模块，在接收到称重信号后测量待测玉米果穗的重量，在接收到旋转信号后带动待测玉米果穗旋转，并在开始旋转时向控制处理模块发送已旋转信号；
控制处理模块，用于向所述旋转称重模块发送旋转信号以及称重信号，在接收到所述旋转称重模块发送的已旋转信号的同时，向所述图像采集模块发送图像采集信号，并对所述图像采集模块传送的图像进行处理，获得待测玉米果穗性状参数并实时显示；
所述旋转称重模块包括：
圆台，用于固定所述待测玉米果穗；
升降台，在第一驱动电机驱动下升降，所述第一驱动电机与所述控制处理模块相连并接收所述控制处理模块发送的称重信号；
压力传感器，设置在所述升降台上方第一设定位置处，与所述圆台连接，由所述升降台顶起至第二设定位置，并随所述升降台的下落而下落至所述第一设定位置，从而带动所述圆台的上升及下落，上升至所述第二设定位置处时将压力信号传送至所述控制处理模块；
旋转台，用于在所述圆台处于所述第一设定位置时在第二驱动电机的驱动下带动所述圆台旋转，所述第二驱动电机与所述控制处理模块相连并接收所述控制处理模块发送的旋转信号；
所述旋转台下表面设置有涡轮，所述涡轮通过蜗杆与所述第二驱动电机相连，在所述第二驱动电机驱动下，带动所述旋转台旋转。
2.如权利要求1所述的基于机器视觉的玉米果穗性状自动检测装置，其特征在于，所述旋转台与所述圆台接触剖面呈倒梯形。
3.如权利要求1所述的基于机器视觉的玉米果穗性状自动检测装置，其特征在于，所述圆台上设置有用于插入固定待测玉米果穗的顶针。
4.如权利要求1所述的基于机器视觉的玉米果穗性状自动检测装置，其特征在于，所述圆台通过了连接杆与所述压力传感器固定连接。
5.如权利要求1-4任一项所述的基于机器视觉的玉米果穗性状自动检测装置，其特征在于，所述图像采集模块包括：
线阵相机CCD，与所述控制处理模块相连；
支架，用于固定所述线阵相机CCD。
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