CN103004322A

CN103004322A - 一种玉米果穗性状检测装置

Info

Publication number: CN103004322A
Application number: CN2012105755653A
Authority: CN
Inventors: 李海涛; 柳冠伊; 刘平义; 姚海蓉; 魏文军; 张绍英
Original assignee: China Agricultural University
Current assignee: China Agricultural University
Priority date: 2012-12-26
Filing date: 2012-12-26
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2032-12-26
Also published as: CN103004322B

Abstract

本发明涉及一种玉米果穗性状测量装置，属于玉米考种技术领域。由第一辊筒、第二辊筒、第一辊筒轴线、第二辊筒轴线、条形光源、线阵CCD相机和图像处理设备组成，玉米果穗由第一辊筒和第二辊筒共同承托,两辊筒分别绕各自轴线匀速转动并依靠摩擦力驱动玉米果穗转动，线阵CCD相机从玉米果穗正对玉米果穗进行扫描拍摄一次性获取玉米果穗全周图像，图像处理设备对玉米果穗图像进行处理获得所要性状参数。辊筒与玉米果穗间运动关系保证了不同待测玉米果穗的图像均有最小失真,利于提取更多性状参数，且操作便利，提高玉米考种效率。

Description

一种玉米果穗性状检测装置

技术领域

本发明涉及玉米考种技术领域，特别涉及一种玉米果穗性状检测装置。

背景技术

玉米考种是玉米育种过程中一个重要的环节，主要完成对玉米果穗诸性状的检测，如穗长、穗粗、穗行数、穗粒数、籽粒类型等。通过玉米考种获得的性状数据是对玉米育种材料进行评定优劣、决定取舍的重要依据。对于玉米育种工作者来说，玉米室内考种是经常性的工作，但是当前几乎所有的检测、记录工作都是依靠人工完成的，存在效率低、数据主观性强等问题，玉米果穗性状自动检测装置有助于玉米育种工作者减轻劳动量、保证数据的客观性、提高工作效率。

目前已有一些对玉米果穗性状检测自动化的探索研究。中国专利CN101881598B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，玉米果穗插入圆台上的顶针固定并由圆台驱动绕玉米果穗理想中心轴线转动，通过图像采集模块采集玉米果穗旋转一周的每一行籽粒的图片，然后对图像进行处理获得一些玉米果穗性状参数；因为待测的诸多玉米果穗的直径是变化的，但驱动玉米果穗转动的圆台只能设为某一固定的转速，这样获取的许多图像中的玉米果穗籽粒将会在玉米果穗周长方向拉长或压扁，产生图像失真，无法测量玉米果穗籽粒的尺寸，也无法获得果穗粗这一重要性状参数，同时也不方便育种工作者通过图像对玉米果穗整体特征进行观察，另外采用人工将玉米果穗插入顶针的固定方式，放置玉米果穗时必须仔细操作以免插偏插歪，否则获取的图像将严重失真导致测量结果无效。中国专利CN101933417B公开了一种基于机器视觉的玉米考种装置，该装置在待拍摄的玉米果穗后面放置两面平面镜，使得一次拍摄可以获得玉米果穗多个表面的图像，并且利用三个线激光光源作为分界标记以方便图像拼接；所获玉米果穗图像仅中间部分可较清楚反映籽粒形状特征，边缘由于透视变形失真严重，同时使用激光照射玉米果穗可能引起基因突变等未知影响。中国专利CN202160400U公开了一种基于立体视觉的玉米果穗外在形态记录和检测装置，该装置采用两台相机采集玉米果穗的三维立体信息，可以获得较丰富的玉米果穗信息；限于立体技术的普及程度，该装置成本过高，同时三维数据量的存储与处理对图像处理系统的要求也颇高，难以普及推广应用。因此有必要采用新的技术手段改善现有技术的各缺点，更好的支持玉米考种工作。

发明内容

本发明的目的是要提供一种玉米果穗性状检测装置，以玉米果穗外表面定位实现玉米果穗转动，可以一次性扫描拍摄玉米果穗全周图像，且对不同的玉米果穗的成像均有最小失真，利于提取更多性状参数，同时操作便利，从而提高玉米考种工作效率。

为了达到本发明的目的所采取的技术方案包括：外径相同的第一辊筒1和第二辊筒2的轴线分别为第一辊筒轴线3和第二辊筒轴线4平行布置在同一水平面内，将玉米果穗8置于第一辊筒1和第二辊筒2之间的外圆柱面上、由第一辊筒1和第二辊筒2共同承托玉米果穗8，第一辊筒1和第二辊筒2分别绕各自轴线匀速转动，两辊筒转向相同、转速相等，利用两辊筒外圆柱表面的摩擦力驱动玉米果穗8转动；置于第一辊筒1下方的条形光源5与第一辊筒轴线3平行，条形光源5为两辊筒间隙处玉米果穗8的表面提供照明；线阵CCD相机6位于玉米果穗8正下方，线阵CCD相机6的机内线阵CCD图像传感器的感光像素阵列位于第一辊筒1和第二辊筒2的对称中心面内且与第一辊筒轴线3平行；在玉米果穗8由第一辊筒1和第二辊筒2驱动转动过程中，线阵CCD相机6持续对玉米果穗8表面进行扫描拍摄，当玉米果穗8转动一周，线阵CCD相机6所获图像将包含玉米果穗8的全周图像信息；图像处理设备7对线阵CCD相机6所获取的数字图像进行处理，得到所需玉米果穗性状参数，构成本发明玉米果穗性状检测装置（如图1、2所示）。

上述的玉米果穗性状检测装置中，第一辊筒1和第二辊筒2表面使用具有高摩擦系数的弹性材料，保证玉米果穗匀速转动。

上述的玉米果穗性状检测装置中，条形光源5可置于第二辊筒2下方与第二辊筒轴线4平行，条形光源5为两辊筒间隙处玉米果穗8的表面提供照明。

上述的玉米果穗性状检测装置中，依据光的反射原理加入一级平面镜9构成的一级平面镜反射系统（如图3所示）或由一级平面镜9和二级平面镜10构成的两级平面镜反射系统（如图4所示），便于线阵CCD相机6灵活布置，并防止灰尘杂质掉落在线阵CCD相机6的镜头上影响成像。

上述的玉米果穗性状检测装置中，两辊筒间隙应小于所测玉米果穗8最小穗粗，以防玉米果穗8从中掉落。

上述的玉米果穗性状检测装置中，线阵CCD相机6距玉米果穗8的距离应大于10倍的最大玉米果穗穗粗，以便减小成像透视变形。

上述的玉米果穗性状检测装置中，图像处理设备7是安装有图像处理程序的便携式个人计算机。

本发明的有益效果在于，一次性获取玉米果穗全周图像且保持对不同玉米果穗的成像都有最小失真，无需图像拼接直接获得穗行数、穗粒数等数据，可以对玉米果穗中部籽粒尺寸进行精确测量，所获图像借助玉米果穗与辊筒的运动关系可推导出玉米果穗粗这一无法从全周图像中直接获取的性状参数，以玉米果穗外表面定位方法操作简便，只需将玉米果穗简单放入装置即可，提高了检测效率。

附图说明

附图1为玉米果穗性状检测装置机构简图；

附图2为玉米果穗性状检测装置结构简图；

附图3为附加一级平面镜反射系统的玉米果穗性状检测装置；

附图4为附加两级平面镜反射系统的玉米果穗性状检测装置；

附图5为扫描拍摄的一幅玉米果穗一周表面图像。

其中，1：第一辊筒；2：第二辊筒；3：第一辊筒轴线；4：第二辊筒轴线；5：条形光源；6：线阵CCD相机；7：图像处理设备；8：玉米果穗；9：一级平面镜；10：二级平面镜。

具体实施方式

下面根据附图对本发明的实施例进行描述。

附图1所示的玉米果穗性状检测装置机构简图，包括：第一辊筒1、第二辊筒2、第一辊筒轴线3、第二辊筒轴线4、条形光源5、线阵CCD相机6、图像处理设备7、玉米果穗8；外径相同的第一辊筒1和第二辊筒2的轴线分别为第一辊筒轴线3和第二辊筒轴线4，第一辊筒轴线3和第二辊筒轴线4在同一水平面内平行布置，将玉米果穗8置于第一辊筒1和第二辊筒2之间上表面，由第一辊筒1和第二辊筒2共同承托玉米果穗8，第一辊筒1和第二辊筒2分别绕第一辊筒轴线3和第二辊筒轴线4按设计速度匀速逆时针转动，两辊筒转向相同、转速相等，两辊筒表面为高摩擦系数的低密度橡胶材质，利用两辊筒外圆柱表面的摩擦力驱动玉米果穗8转动；采用冷阴极荧光灯管的条形光源5与第一辊筒轴线3和第二辊筒轴线4平行，置于第一辊筒1下方，条形光源5为两辊筒间隙处玉米果穗8的表面提供照明；线阵CCD相机6位于玉米果穗8正下方，线阵CCD相机6的机内线阵CCD图像传感器的感光像素阵列位于第一辊筒1和第二辊筒2的对称中心面内且与第一辊筒轴线3平行。在玉米果穗8由第一辊筒1和第二辊筒2驱动转动过程中，线阵CCD相机6持续对玉米果穗8表面进行扫描拍摄，当玉米果穗8转动一周，线阵CCD相机6所获图像将包含玉米果穗8的全周图像信息；安装有图像处理程序的便携式个人计算机作为图像处理设备7对线阵CCD相机6所获取的数字图像进行处理，得到所需玉米果穗性状参数（如图2所示）。

依据光的反射原理，对于玉米果穗性状检测装置，加入一级平面镜9构成的一级平面镜反射系统（如图3所示），一级平面镜9的长边与第一辊筒轴线3平行，位于两辊筒对称中心面正下方，镜面与第一辊筒1和第二辊筒2的对称中心面夹角45°，将玉米果穗表面反射的竖直方向光线折向水平方向布置的线阵CCD相机6，可以防止灰尘杂质掉落在线阵CCD相机6的镜头上影响成像；加入一级平面镜9和二级平面镜10构成的两级平面镜反射系统（如图4所示），一级平面镜9的长边与第一辊筒轴线3平行，位于两辊筒对称中心面正下方，镜面与第一辊筒1和第二辊筒2的对称中心面夹角45°，将玉米果穗表面反射的竖直方向光线折向水平方向，二级平面镜10接收一级平面镜9的反射光线使其竖直向上弯折，最终进入线阵CCD相机6成像；方便线阵CCD相机6灵活布置，玉米果穗性状检测装置同样可以得到所需玉米果穗性状参数。条形光源5可以靠近第二辊筒2下方布置，使光源为辊筒间隙处的玉米果穗8的表面提供照明，玉米果穗性状检测装置同样可以得到所需玉米果穗性状参数。为保障玉米果穗性状检测装置连续稳定工作，两辊筒间隙应小于所测玉米果穗8最小穗粗，以防玉米果穗8从中掉落；线阵CCD相机6距玉米果穗8的距离应大于10倍的最大玉米果穗穗粗，以便减小成像透视变形。

玉米果穗性状检测装置工作时，玉米果穗8由承托它的第一辊筒1和第二辊筒2依靠摩擦力驱动连续转动时，线阵CCD相机6对玉米果穗8表面进行连续扫描拍摄，辊筒转速需要与线阵CCD相机6的拍摄分辨率匹配以使最终获得的图像横纵分辨率相同，保证图像中的玉米籽粒具有正确的比例产生较小失真，设辊筒转速为n（单位为每秒转），逆时针转动，辊筒直径为d（单位为毫米），设线阵CCD相机6的单次拍摄分辨率为R（单位为每英寸点数），线阵CCD相机6的扫描速度为t（单位为每线毫秒），则辊筒转速：

当玉米果穗8转动一周，获取的图像将包含玉米果穗8全周的图像信息，设线阵CCD相机6对不同的玉米果穗8的总扫描时间均为T（单位为秒），并确保不同的玉米果穗8的扫描图像均包含至少果穗表面一周的图像信息，设一幅玉米果穗8的图像中完整的一周玉米图像像素数占图像总像素数的比例为a，则果穗粗B（单位为毫米）可以

计算；安装有图像处理程序的便携式个人计算机作为图像处理设备7对线阵CCD相机6所获取的数字图像进行处理，得到穗长、穗粗、穗行数、穗粒数、果穗中部籽粒尺寸等玉米果穗性状参数并存入数据表格或打印输出，附图5为从获取的原始图像中裁切出的刚好一周玉米果穗表面图像。

Claims

1.一种玉米果穗性状检测装置，其特征在于，包括：外径相同的第一辊筒（1）和第二辊筒（2）的轴线分别为第一辊筒轴线（3）和第二辊筒轴线（4）平行布置在同一水平面内，将玉米果穗（8）置于第一辊筒（1）和第二辊筒（2）之间的外圆柱面上、由第一辊筒（1）和第二辊筒（2）共同承托玉米果穗（8），第一辊筒（1）和第二辊筒（2）分别绕各自轴线匀速转动，两辊筒转向相同、转速相等，利用两辊筒外圆柱表面的摩擦力驱动玉米果穗（8）转动，置于第一辊筒（1）下方的条形光源（5）与第一辊筒轴线（3）平行，条形光源（5）为两辊筒间隙处玉米果穗（8）的表面提供照明，线阵CCD相机（6）位于玉米果穗（8）正下方，线阵CCD相机（6）的机内线阵CCD图像传感器的感光像素阵列位于第一辊筒（1）和第二辊筒（2）的对称中心面内且与第一辊筒轴线（3）平行，在玉米果穗（8）由第一辊筒（1）和第二辊筒（2）驱动转动过程中，线阵CCD相机（6）持续对玉米果穗（8）表面进行扫描拍摄，当玉米果穗（8）转动一周，线阵CCD相机（6）所获图像将包含玉米果穗（8）的全周图像信息，图像处理设备（7）对线阵CCD相机（6）所获取的数字图像进行处理，得到所需玉米果穗性状参数。

2.根据权利要求1所述的玉米果穗性状检测装置，其特征在于，第一辊筒（1）和第二辊筒（2）表面使用具有高摩擦系数的弹性材料。

3.根据权利要求1所述的玉米果穗性状检测装置，其特征在于，条形光源（5）可置于第二辊筒（2）下方与第二辊筒轴线（4）平行，条形光源（5）为两辊筒间隙处玉米果穗（8）的表面提供照明。

4.根据权利要求1所述的玉米果穗性状检测装置，其特征在于，加入一级平面镜（9）构成的一级平面镜反射系统，或由一级平面镜（9）和二级平面镜（10）构成的两级平面镜反射系统，可适应线阵CCD相机（6）的布置方位变化。