CN103355026B - 高通量玉米考种流水线装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高通量玉米考种流水线装置及方法，包括：玉米果穗传送带，第一图像采集模块，用于采集玉米果穗图像，脱粒辊，玉米籽粒传送带，用于传送玉米籽粒；第二图像采集模块，用于采集玉米籽粒图像；测量模块，用于测量玉米籽粒的量值；数据分析模块，用于分析并得到玉米考种参数。本发明通过提供一种高通量玉米考种流水线装置及方法，将玉米果穗传送带上进行传送并采集玉米果穗图像，在脱粒后采集玉米籽粒图像，通过对玉米籽粒的量值以及玉米果穗图像、玉米籽粒图像的分析计算，得到玉米考种参数。当该玉米考种装置启动后，玉米考种作业即可自动化进行，提高了玉米考种作业的工作效率，使得玉米考种操作准确、快速和高效。
Description
技术领域
本发明涉及自动化考种领域，特别涉及一种高通量玉米考种流水线装置及方法。
背景技术
随着现代信息技术的快速发展，特别是多光谱、计算机图形图像技术以及机械自动化技术在农业领域的深入应用，为传统农业带来全新的技术手段和实用工具。玉米是我国最主要的三大粮食作物之一，在农业生产中占有重要的地位，玉米育种在我国科研、生产领域起着至关重要的作用。
考种是玉米种业的核心问题之一，通常情况下，育种单位的考种作业要完成成千上万的玉米果穗的处理。传统的考种方法大多采用手工操作，占用大量人力资源，工作效率低下，成为制约玉米种业发展的技术瓶颈。
传统的考种方法主要存在以下技术缺陷：人工操作繁琐，工作效率低，人工操作影响考种的准确性。
发明内容
（一）解决的技术问题
本发明实施例解决的技术问题是：解决传统的玉米考种操作繁琐、工作效率低的问题。
（二）技术方案
为解决上述问题，本发明实施例提供了一种高通量玉米考种流水线装置，玉米果穗传送带，用于传送玉米果穗；
第一图像采集模块，用于当玉米果穗在所述玉米果穗传送带上传送时采集玉米果穗图像；
脱粒辊，用于将玉米果穗传送带传送过来的玉米果穗进行脱粒，得到玉米籽粒；
玉米籽粒传送带，用于传送玉米果穗经过所述脱粒辊后得到的玉米籽粒；
第二图像采集模块，用于采集所述玉米籽粒传送带上传送的玉米籽粒图像；
测量模块，用于测量玉米籽粒在测量模块内的量值；
数据分析模块，用于对所述第一图像采集模块采集的玉米果穗图像、所述第二图像采集模块采集的玉米籽粒图像以及所述测量模块测量的玉米籽粒的量值进行分析得到玉米考种参数。
优选地，所述玉米考种装置进一步包括：旋转挡片组；所述旋转挡片组中每个旋转挡片为圆柱形；
所述旋转挡片组与所述玉米果穗传送带共同用于将玉米果穗在旋转挡片组位置进行旋转。
优选地，所述旋转挡片组通过横轴和支架安装，且支架下端铰接固定。
优选地，所述玉米果穗传送带包括：多组横向并排排列的矩形长孔；
所述旋转挡片组中每个旋转挡片分别位于每组矩形长孔中；
每组矩形长孔之间有预设长度的连接部；
所述预设长度的连接部，用于当所述玉米果穗传送带的连接部传送到所述旋转挡片组上方时，将所述旋转挡片组压下。
优选地，所述旋转挡片组中旋转挡片的数量与每组矩形长孔中矩形长孔的数量相等。
优选地，所述玉米籽粒在测量模块内的量值包括：测量模块内玉米籽粒的厚度、测量模块内玉米籽粒的体积和测量模块内玉米籽粒的质量。
优选地，所述测量模块包括：位移传感器、测量量筒和称重传感器；
所述位移传感器，用于测量所述测量量筒内玉米籽粒的厚度；
所述测量量筒，用于储存所述玉米籽粒传送带传送的玉米籽粒，并测量玉米籽粒的体积；
所述称重传感器，用于测量所述测量量筒内玉米籽粒的质量。
为解决上述问题，本发明实施例还提供了一种基于上述高通量玉米考种流水线装置的玉米考种方法，所述方法包括：
S1：玉米果穗在玉米果穗传送带的带动下进行传送，在传送过程中采集玉米果穗图像；
S2：将玉米果穗进行脱粒后，得到玉米籽粒，将玉米籽粒在玉米籽粒传送带上进行传送，采集玉米籽粒图像；
S3：玉米籽粒传送带将玉米籽粒传送到测量模块内中，测量模块测量玉米籽粒在测量模块内的量值；
S4：根据所述玉米果穗图像、所述玉米籽粒图像以及玉米籽粒在测量模块内的量值计算玉米考种参数。
优选地，所述在传送过程中采集玉米果穗图像包括：玉米果穗根据传送带的传动和旋转挡片组的旋转在旋转挡片组位置进行旋转，当玉米果穗在旋转挡片组位置进行旋转时，采集所述玉米果穗图像；
当采集玉米果穗图像完成后以及所述玉米果穗传送带的连接部传送到所述旋转挡片组上方时所述方法进一步包括：所述玉米果穗传送带的连接部将所述旋转挡片组压下，玉米果穗被所述玉米果穗传送带传送到脱粒辊中进行脱粒。
优选地，所述玉米籽粒在测量模块内的量值包括：测量模块内玉米籽粒的厚度、测量模块内玉米籽粒的体积和玉米籽粒的质量；
所述计算玉米考种参数包括：根据所述玉米果穗图像计算玉米果穗的穗长、穗粗、籽粒行数、行粒数、籽粒颜色；根据所述玉米籽粒图像计算籽粒个数，并分析玉米籽粒的长粒和宽粒型形态指标；利用测量模块内玉米籽粒的体积和测量模块内玉米籽粒的质量计算玉米籽粒容重，并根据测量模块内玉米籽粒的质量和籽粒个数计算玉米籽粒的千粒重指标。
（三）有益效果
本发明通过提供一种高通量玉米考种流水线装置及方法，通过集成计算机图像、多光谱分析和机械自动化技术，将待考种的玉米果穗在玉米果穗传送带上进行传送并采集玉米果穗图像，在脱粒后在玉米籽粒传送带上进行传送并采集玉米籽粒图像，通过对玉米籽粒参数以及玉米果穗图像、玉米籽粒图像的分析计算，得到玉米考种参数。当该玉米考种装置启动后，玉米考种作业即可自动化进行，提高了玉米考种作业的工作效率，使得玉米考种操作准确、快速和高效。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的玉米考种装置结构示意图；
图2是本发明提供的玉米果穗传送带俯视图；
图3是本发明提供的玉米考种方法流程图；
其中，附图中的编号为：1-玉米果穗传送带，2-旋转挡片组，3轴承，4-第一图像采集模块，5-第二图像采集模块，6-脱粒辊，7-玉米籽粒传送带，8-数据分析模块，9-测量量筒，10-称重传感器，11-位移传感器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为实现高效率的玉米考种作业，本发明实施例提供了一种高通量玉米考种流水线装置，所述装置包括：玉米果穗传送带，用于传送玉米果穗；第一图像采集模块，用于当玉米果穗在所述玉米果穗传送带上传送时采集玉米果穗图像；脱粒辊，用于将玉米果穗传送带传送过来的玉米果穗进行脱粒，得到玉米籽粒；玉米籽粒传送带，用于传送玉米果穗经过所述脱粒辊后得到的玉米籽粒；第二图像采集模块，用于采集所述玉米籽粒传送带上传送的玉米籽粒图像；测量模块，用于测量玉米籽粒在测量模块内的量值；数据分析模块，用于对所述第一图像采集模块采集的玉米果穗图像、所述第二图像采集模块采集的玉米籽粒图像以及所述测量模块测量的玉米籽粒的量值进行分析得到玉米考种数据。
可见，在本发明实施例提出的玉米考种装置中，当该流水线式的玉米考种装置启动后，玉米果穗传送带接收到待考种玉米果穗，自动实现玉米果穗的传送、旋转和玉米果穗图像的采集，通过将玉米果穗脱粒后传送玉米籽粒并采集玉米籽粒图像，测量模块通过对测量模块内玉米籽粒进行测量得到玉米籽粒的量值，并进一步地根据对玉米果穗图像、玉米籽粒图像和玉米籽粒的量值的分析计算，得到玉米考种参数。该本发明实施例提供的玉米考种装置实现了自动化玉米考种，降低了人工成本和操作复杂度，提高了考种作业的工作效率。
在本发明实施例中，为了保证玉米果穗在玉米果穗传送带上的固定位置旋转，该装置还包括旋转挡片组，且每个旋转挡片为圆柱形，在旋转挡片组和玉米果穗传送带共同的作用下，使得玉米果穗在旋转挡片组位置进行旋转。保证第一图像采集模块采集到玉米果穗的全方位图像。
在本发明实施例中，旋转挡片组不位于玉米果穗传送带上，而是通过横轴和支架安装，且支架下端铰接固定。
由此可见，旋转挡片组与玉米果穗传送带的位置关系需要表明，旋转挡片组中的每个旋转挡片位于每组矩形长孔中，且为了能够使旋转挡片旋转，则旋转挡片的厚度需要略小于矩形长孔的宽度，且旋转挡片的数量与每组矩形长孔中矩形长孔的数量相等。且每组矩形长孔之间有预设长度的连接部，当第一图像采集模块采集到玉米果穗全方位图像后，玉米果穗传送带的连接部到达旋转挡片组的上部，传送带将旋转挡片组压下，以将玉米果穗通过选择挡片组，进而继续后续流程。
在本发明实施例中，玉米籽粒被传送到测量模块内，测量模块对玉米籽粒进行测量，玉米籽粒在测量模块内的量值包括：测量模块内玉米籽粒的厚度，测量模块内玉米籽粒的体积和测量模块内玉米籽粒的质量。
对于测量模块测量玉米籽粒在测量模块内的量值，包括对玉米籽粒的厚度、体积和质量进行测量，因而，测量模块包括测量玉米籽粒厚度的位移传感器、测量玉米籽粒体积的测量量筒和测量玉米籽粒质量的称重传感器。
在玉米考种的过程中得到玉米果穗图像、玉米籽粒图像以及玉米籽粒量值，因此玉米考种装置中的数据分析模块，用于分析得到的玉米果穗图像、玉米籽粒图像和玉米籽粒量值，进而通过计算得到玉米考种参数。
下面根据基于玉米考种装置的玉米考种方法流程，详细说明本发明一个实施例的高通量玉米考种流水线装置的详细结构。
图1是本发明一个实施例中优选的玉米考种装置结构示意图；图2是图1玉米考种装置中玉米果穗传送带的俯视图。参见图1、图2，该玉米考种装置包括：玉米果穗传送带、位于玉米果穗传送带中的旋转挡片组、位于玉米果穗传送带正上方的第一图像采集模块、与第一图像采集模块相连的数据分析模块、玉米籽粒传送带、位于玉米果穗传送带末端下方且位于所述玉米籽粒传送带始端上方的脱粒辊、位于玉米籽粒传送带下方的第二图像采集模块以及位于玉米籽粒传送带末端下方的测量模块。
如图1所示，在玉米果穗传送带的A位置处接收到待考种的玉米果穗，该玉米果穗在玉米果穗传送带的带动下，向前移动。其中，玉米果穗传送带宽300-400mm，长度为3000-4000mm，该数据根据玉米考种作业区域的长短而定。
玉米果穗传送带上包括多组矩形长孔，每组内的多个矩形长孔并排排列，且每组矩形长孔之间有预设长度的连接部。其中，矩形长孔的长度为500mm，宽度为10-20mm，连接部为200mm。矩形长孔根据玉米果穗传送带的宽度均匀的横向排列4-6排，以此适应玉米果穗的传送。
玉米果穗在玉米果穗传送带的带动下，通过旋转挡片组的阻挡，在旋转挡片组位置进行旋转。
其中，旋转挡片组为圆柱形，位于其中一组矩形长孔中，旋转挡片组中旋转挡片的数量与每组矩形长孔中并排排列的矩形长孔数量相等。旋转挡片的半径为100mm，厚9-18mm，旋转挡片的厚度以略小于矩形长孔的厚度为宜。旋转挡片组通过横轴和支架安装，且支架下端铰接固定，并使用弹簧将支架支撑。且旋转挡片组向上突出玉米果穗传送带上表面60-80mm。
在玉米果穗在旋转挡片组位置进行旋转时，位于旋转挡片组位置上方400-500mm处安装有第一图像采集模块，采集玉米果穗图像。
其中，第一图像采集模块包括程控相机和多光谱相机，通过玉米果穗的旋转连续拍摄到玉米果穗各个角度的彩色图像和多光谱图像，实现玉米果穗的360度全方位图像采集。
采集到玉米果穗图像后，当玉米果穗传送带的连接部传送到旋转挡片组的上方时，玉米果穗传送带的连接部将旋转挡片组压下，以继续玉米果穗的传送。当玉米果穗传送带的连接部传送过旋转挡片组之后，旋转挡片组弹起到下一组矩形长孔中，继续下一轮的流程。
玉米果穗传送带将玉米果穗传送完成后，玉米果穗落入到脱粒辊中进行脱粒，脱粒得到的玉米籽粒落入玉米籽粒传送带上，玉米穗轴被挡至玉米籽粒传送带外。
脱粒辊为一组橡胶辊，两端分别固定旋转轴，辊数量为3-5个，呈螺旋形布置，最小内径处直径30mm，保证玉米穗轴的通过，脱粒辊采用电机进行驱动。
玉米籽粒传送带将玉米籽粒进行传送，在传送过程中，第二图像采集模块采集玉米籽粒图像。
第二图像采集模块包括程控相机和多光谱相机，分别用于采集玉米籽粒彩色图像和玉米籽粒多光谱图像。
玉米籽粒传送带将玉米籽粒传送完成后，玉米籽粒落入测量模块中，测量模块测量玉米籽粒量值。
测量模块包括位移传感器、测量量筒和称重传感器。位移传感器用于测量测量量筒内玉米籽粒的厚度，测量量筒用于存储玉米籽粒并测量玉米籽粒在测量量筒内的体积，称重传感器用于测量测量量筒内玉米籽粒的质量。
与第一图像采集模块、第二图像采集模块和测量模块分别相连的数据分析模块，根据第一图像采集模块发送的玉米果穗图像、第二图像采集模块发送的玉米籽粒图像、测量模块发送的玉米籽粒量值，分析并计算得到玉米考种参数。
根据玉米果穗图像分析计算玉米果穗的穗长、穗粗、籽粒行数、行粒数、籽粒颜色等指标，根据玉米果穗的多光谱图像分析玉米籽粒生成成分，如淀粉含量和蛋白质含量等指标；根据玉米籽粒图像计算籽粒个数，并分析籽粒长粒、宽粒型形态指标，根据玉米籽粒的多光谱图像分析籽粒胚乳大小情况，利用玉米籽粒的体积和质量计算玉米籽粒容重，并根据玉米籽粒的质量和数目计算籽粒的千粒重指标。
本发明实施例通过提供一种高通量玉米考种流水线装置及方法，通过在分析玉米果穗传送带上采集玉米果穗的全方位图像，以及分析在玉米籽粒传送带上采集玉米籽粒图像，并根据测量模块测量玉米籽粒量值，计算得到玉米籽粒考种参数。当该考种装置启动后，即可自动进行玉米考种过程，实现了准确、快速和高效的玉米考种作业，提高了玉米考种作业的效率。
本发明实施例还提供了一种基于上述高通量玉米考种流水线装置的玉米考种方法，方法流程图如图3所示，该方法步骤为：
S1：玉米果穗在玉米果穗传送带的带动下进行传送，在传送过程中采集玉米果穗图像；
所述在传送过程中采集玉米果穗图像包括：玉米果穗根据传送带的传动和旋转挡片组的旋转在旋转挡片组位置进行旋转，当玉米果穗在旋转挡片组位置进行旋转时，采集所述玉米果穗图像；
当采集玉米果穗图像完成后以及所述玉米果穗传送带的连接部传送到所述旋转挡片组上方时所述方法进一步包括：所述玉米果穗传送带的连接部将所述旋转挡片组压下，玉米果穗被所述玉米果穗传送带传送到脱粒辊中进行脱粒。
S2：将玉米果穗进行脱粒后，得到玉米籽粒，将玉米籽粒在玉米籽粒传送带上进行传送，采集玉米籽粒图像；
S3：玉米籽粒传送带将玉米籽粒传送到测量模块内中，测量模块测量玉米籽粒在测量模块内的量值；
所述玉米籽粒在测量模块内的量值包括：测量模块内玉米籽粒的厚度、测量模块内玉米籽粒的体积和玉米籽粒的质量；
S4：根据所述玉米果穗图像、所述玉米籽粒图像以及玉米籽粒在测量模块内的量值计算玉米考种参数。
所述计算玉米考种参数包括：根据所述玉米果穗图像计算玉米果穗的穗长、穗粗、籽粒行数、行粒数、籽粒颜色；根据所述玉米籽粒图像计算籽粒个数，并分析玉米籽粒的长粒和宽粒型形态指标；利用测量模块内玉米籽粒的体积和测量模块内玉米籽粒的质量计算玉米籽粒容重，并根据测量模块内玉米籽粒的质量和籽粒个数计算玉米籽粒的千粒重指标。
例如，对玉米果穗图像进行处理，可得到玉米果穗的长度为212mm，直径为46mm，籽粒行数为12行，行粒数为30。
对玉米籽粒图像进行处理时，利用图像处理算法，将图像序列进行畸变校正和拼接，得到所有籽粒的图像，利用图像分割算法计算籽粒数量，可得到籽粒总数为352，计算平均粒长9.8mm，粒宽7.2mm。
利用容重装置可测得籽粒体积为0.136L，利用称重传感器称得籽粒重量为97.9g，计算得到籽粒容重为720g/L，百粒重为27.8g，平均粒重0.278g。
本发明实施例通过提供一种基于上述高通量玉米考种流水线装置的玉米考种方法，完成了玉米考种参数的分析和计算，得到了玉米考种参数，降低了人工成本和操作复杂度，提供了玉米考种作业的工作效率。
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 (10)
1.一种高通量玉米考种流水线装置，其特征在于，所述装置包括：
玉米果穗传送带，用于传送玉米果穗；
第一图像采集模块，用于当玉米果穗在所述玉米果穗传送带上传送时采集玉米果穗图像；
脱粒辊，用于将玉米果穗传送带传送过来的玉米果穗进行脱粒，得到玉米籽粒；
玉米籽粒传送带，用于传送玉米果穗经过所述脱粒辊后得到的玉米籽粒；
第二图像采集模块，用于采集所述玉米籽粒传送带上传送的玉米籽粒图像；
测量模块，用于测量玉米籽粒在测量模块内的量值；
所述第一图像采集模块包括程控相机和多光谱相机，用于当玉米果穗在所述玉米果穗传送带上传送时采集玉米果穗彩色图像和玉米果穗多光谱图像；
所述第二图像采集模块包括程控相机和多光谱相机，用于采集所述玉米籽粒传送带上传送的玉米籽粒彩色图像和玉米籽粒多光谱图像；
数据分析模块，用于对所述第一图像采集模块采集的玉米果穗彩色图像和玉米果穗多光谱图像、所述第二图像采集模块采集的玉米籽粒彩色图像和玉米籽粒多光谱图像以及所述测量模块测量的玉米籽粒的量值进行分析得到玉米考种参数。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述玉米考种装置进一步包括：旋转挡片组；所述旋转挡片组中每个旋转挡片为圆柱形；
所述旋转挡片组与所述玉米果穗传送带共同用于将玉米果穗在旋转挡片组位置进行旋转。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述旋转挡片组通过横轴和支架安装，且支架下端铰接固定。
4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述玉米果穗传送带包括：多组横向并排排列的矩形长孔；
所述旋转挡片组中每个旋转挡片分别位于每组矩形长孔中；
每组矩形长孔之间有预设长度的连接部；
所述预设长度的连接部，用于当所述玉米果穗传送带的连接部传送到所述旋转挡片组上方时，将所述旋转挡片组压下。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述旋转挡片组中旋转挡片的数量与每组矩形长孔中矩形长孔的数量相等。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述玉米籽粒在测量模块内的量值包括：测量模块内玉米籽粒的厚度、测量模块内玉米籽粒的体积和测量模块内玉米籽粒的质量。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述测量模块包括：位移传感器、测量量筒和称重传感器；
所述位移传感器，用于测量所述测量量筒内玉米籽粒的厚度；
所述测量量筒，用于储存所述玉米籽粒传送带传送的玉米籽粒，并测量玉米籽粒的体积；
所述称重传感器，用于测量所述测量量筒内玉米籽粒的质量。
8.一种基于权利要求1-7任一项所述的高通量玉米考种流水线装置的玉米考种方法，其特征在于，所述方法包括：
S1：玉米果穗在玉米果穗传送带的带动下进行传送，在传送过程中采集玉米果穗彩色图像和玉米果穗多光谱图像；
S2：将玉米果穗进行脱粒后，得到玉米籽粒，将玉米籽粒在玉米籽粒传送带上进行传送，采集玉米籽粒彩色图像和玉米籽粒多光谱图像；
S3：玉米籽粒传送带将玉米籽粒传送到测量模块内中，测量模块测量玉米籽粒在测量模块内的量值；
S4：根据所述玉米果穗彩色图像和玉米果穗多光谱图像、所述玉米籽粒彩色图像和玉米籽粒多光谱图像以及玉米籽粒在测量模块内的量值计算玉米考种参数。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述在传送过程中采集玉米果穗彩色图像和玉米果穗多光谱图像包括：玉米果穗根据传送带的传动和旋转挡片组的旋转在旋转挡片组位置进行旋转，当玉米果穗在旋转挡片组位置进行旋转时，采集所述玉米果穗彩色图像和玉米果穗多光谱图像；
当采集玉米果穗彩色图像和玉米果穗多光谱图像完成后以及所述玉米果穗传送带的连接部传送到所述旋转挡片组上方时所述方法进一步包括：所述玉米果穗传送带的连接部将所述旋转挡片组压下，玉米果穗被所述玉米果穗传送带传送到脱粒辊中进行脱粒。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述玉米籽粒在测量模块内的量值包括：测量模块内玉米籽粒的厚度、测量模块内玉米籽粒的体积和玉米籽粒的质量；
所述计算玉米考种参数包括：根据所述玉米果穗彩色图像和玉米果穗多光谱图像计算玉米果穗的穗长、穗粗、籽粒行数、行粒数、籽粒颜色；根据所述玉米籽粒彩色图像和玉米籽粒多光谱图像计算籽粒个数，并分析玉米籽粒的长粒和宽粒型形态指标；利用测量模块内玉米籽粒的体积和测量模块内玉米籽粒的质量计算玉米籽粒容重，并根据测量模块内玉米籽粒的质量和籽粒个数计算玉米籽粒的千粒重指标。
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Non-Patent Citations (1)
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| JP特开2005-82502A 2005.03.31 |
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