CN104115589A - 甘蔗种芽完好性检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种甘蔗种芽完好性检测系统及方法，包括：甘蔗传送机构；导向机构，其大喇叭口端与甘蔗传送机构的输出口相对应，在导向机构的小喇叭口端的甘蔗传送行径上装置有茎节感应机构；采集滚筒，其两端以能够旋转的方式装置于安装底座上，该采集滚筒的一端管口与导向机构的小喇叭口端相对应，在采集滚筒的外表面筒壁上固定连接第一齿轮以及开设有一贯穿筒壁的采集圆孔；驱动装置，其轴上安装有第二齿轮，其与第一齿轮啮合；在采集圆孔内安装图像采集机构，茎节感应机构、甘蔗传送机构以及驱动装置与控制装置连接，控制装置与图像分析装置连接，图像分析装置与图像采集机构连接；将上述系统结合对应方法，能够检测甘蔗种芽的完好性。

Description

甘蔗种芽完好性检测系统及方法

技术领域

本发明涉及甘蔗种芽检测领域，特别涉及一种甘蔗种芽完好性检测系统及方法。

背景技术

甘蔗种植技术表明，甘蔗种芽的完好性是新植甘蔗高出芽率的根本保证。然而，在甘蔗收获、运输和蔗种切断过程中，种芽所受的外力、挤压和碰撞容易导致其破损；一旦种芽破损，则直接降低了蔗种的质量，如果将此类蔗种植入田中，则降低了新植蔗种的发芽率。

申请号为201210123151.7的中国专利公开了一种甘蔗切割防伤芽系统，系统包括切割器、甘蔗夹持输送机构和CCD摄像头；系统中摄像头实时采集图像，经设定，保证所得图像的中心位置恰好是甘蔗茎杆即将进入切割的位置；将图像输入电脑，利用Matlab图像处理工具箱对图像进行处理和识别，然后判断图像中心是否含有茎节，再根据判断结果来控制切割和输送的速度，确保每一次切割都能避开茎节，避免切伤茎节上的种芽。

申请号为201320816269.8的中国专利公开了一种基于电阻式应变片的甘蔗种芽计数系统，该系统包括产生种芽信号的甘蔗种芽感应机构，对种芽信号放大的种芽放大电路，对放大后的种芽信号进行计数及显示的种芽计数、显示系统。该系统可感受到甘蔗种芽的存在，并进行检测及计数，为甘蔗种切割装置提供控制信号，切割时避开种芽，实现切割防伤芽的功能。

上述两个专利公开的内容，都具备蔗种切割防伤芽功能；前者利用计算机视觉功能，根据种芽与茎节相对应的位置关系，间接地错开了切刀与种芽，实现防伤芽功能；后者则直接使用传感器感受和收集甘蔗种芽信号，并控制切割和输送装置，实现防伤芽功能。两者都实现了切种过程防伤芽功能，却忽略了种芽完好性的检测，无法剔除在收获和运输等过程中已破损的种芽。

发明内容

本发明是为了克服上述现有技术中无法检测甘蔗种芽完好性的技术缺陷，根据本发明实施例的一方面，发明了一种甘蔗种芽完好性检测系统。

为解决上述技术问题，本发明提供了以下方案：

一种甘蔗种芽完好性检测系统，包括：甘蔗传送机构；导向机构，其呈喇叭形，该导向机构的大喇叭口端与所述甘蔗传送机构的输出口相对应，在导向机构的小喇叭口端的甘蔗传送行径上装置有茎节感应机构，由其感应甘蔗茎节；采集滚筒，其呈管状且两端以能够旋转的方式装置于安装底座上，该采集滚筒的一端管口与所述导向机构的小喇叭口端相对应，在采集滚筒的外表面筒壁上固定连接一第一齿轮以及开设有一贯穿筒壁的采集圆孔；驱动装置，其轴上安装有一第二齿轮，其与所述第一齿轮啮合，以驱动所述采集滚筒转动；

其中，在所述采集圆孔内安装图像采集机构，所述茎节感应机构、甘蔗传送机构以及驱动装置与控制装置连接，所述控制装置与图像分析装置连接，所述图像分析装置与所述图像采集机构连接。

上述技术方案中，所述甘蔗传送机构包括两组传送滚轮、装置于每组滚轮上的传送带以及带动两组传送滚轮进行相对转动的第一电机；其中，所述两组传送滚轮之间形成传送通道以及所述第一电机与所述控制装置连接。

上述技术方案中，所述导向机构为六根导向柱，其排列成喇叭形，在所述六根导向柱上套设有导向套，在小喇叭口端的导向套上装置有茎节感应机构。

上述技术方案中，所述茎节感应机构为压力传感器。

上述技术方案中，还包括第二电机及一组切刀滚，其分为上滚及下滚，所述上滚及下滚上分别设有能够相互切合的刀片，以及所述切刀滚位于所述采集滚筒的另一端管口处并由所述第二电机进行驱动相互旋转及由控制装置控制所述采集滚筒旋转。

根据本发明实施例的另一方面，发明了一种采用上述检测系统的甘蔗种芽完好性检测方法，包括：

1)所述控制装置控制所述甘蔗传送机构对待检测甘蔗种芽进行传送，当所述导向机构上的茎节感应机构感应到甘蔗茎节时，发信号至所述控制装置，并由其控制所述甘蔗传送机构停止传送；

2)所述控制装置发信号至图像分析装置，由其控制所述图像采集机构采集甘蔗种芽图像；若采集到的图像没有甘蔗种芽，所述控制装置控制所述驱动装置驱动所述采集滚筒转动一定角度后发信号至图像分析装置控制图像采集机构再进行甘蔗种芽图像的采集；

3)由所述图像分析装置对采集的甘蔗种芽图像的种芽边缘特征进行提取，将提取的种芽边缘特征与图像分析装置内记录的完好的种芽边缘特征进行比较；比较时两者若相同，则为完好的甘蔗种芽，若两者不同，则为破损的甘蔗种芽。

上述方法中，步骤3)中所述图像分析装置通过Matlab对采集的甘蔗种芽图像进行种芽边缘特征的提取及分析比较。

上述方法中，步骤3)中所述种芽边缘特征为一个近似圆形的边缘。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明中实施例中的甘蔗种芽完好性检测系统及方法，利用可旋转的图像采集机构，可将甘蔗种芽进行完整的拍摄；以及通过图像分析装置，对甘蔗种芽的完好性进行检测，提高甘蔗种芽无破损率，以及提高甘蔗种芽的出芽率；

2、控制装置控制切刀滚进行切割，可防止种芽被切伤。

附图说明

图1是本发明甘蔗种芽完好性检测系统结构示意图；

图2是本发明甘蔗种芽完好性检测方法流程示意图；

图3是本发明甘蔗种芽完好性检测系统应用示意图；

结合附图在其上标记以下附图标记：

100-甘蔗传送机构，1-传送带，2-传送滚轮，3-导向柱，4-导向套，5-茎节感应机构，6-安装底座，7-第二齿轮，8-第一齿轮，9-采集滚筒，10-图像采集机构，11-切刀滚，12-刀片，13-图像分析装置，14-控制装置，15-驱动装置。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

如图1所示，根据本发明具体实施方式的一种甘蔗种芽完好性检测系统，包括：甘蔗传送机构100，其包括两组传送滚轮2、装置于每组传送滚轮2上的传送带1以及带动两组传送滚轮2进行相对转动的第一电机；其中，两组传送滚轮2之间形成传送通道以及第一电机与控制装置14连接且第一电机驱动两组传送滚轮2等速反向转动对甘蔗进行传送；导向机构，其为六根导向柱3，其排列成喇叭形，该导向机构的大喇叭口端与甘蔗传送机构100的输出口相对应，在六根导向柱3上套设有导向套4，在小喇叭口端的一个导向套4上装置有茎节感应机构5，茎节感应机构5为压力传感器，当甘蔗茎杆在导向作用下经过小喇叭口端挤压茎节感应机构5时，能够感应到甘蔗茎节，并向控制装置14发送甘蔗茎节信号；采集滚筒9，其呈管状且两端以能够旋转的方式装置于安装底座6上(即安装底座6为两个，在两个安装底座6上分别开设有安装孔，采集滚筒9两端分别通过轴承装置于两个安装孔上)，该采集滚筒9的一端管口与导向机构的小喇叭口端相对应，在采集滚筒9的外表面筒壁上固定连接一第一齿轮8以及开设有一贯穿筒壁的采集圆孔；驱动装置15(优选为伺服电机)，其轴上安装有一第二齿轮7，其与第一齿轮8啮合，以驱动所述采集滚筒9转动；

其中，在采集圆孔内安装图像采集机构10，图像采集机构10为CCD摄像机，其镜头伸入采集圆孔内，在采集圆孔边缘处留间隙，作补光用；茎节感应机构5、甘蔗传送机构100以及驱动装置15与控制装置14连接且由控制装置14控制进行工作，控制装置14为PLC；控制装置14与图像分析装置13连接，图像分析装置13为电脑；图像分析装置13与图像采集机构10连接，由图像采集机构10采集甘蔗种芽及由图像分析装置13进行分析判断是否为完好的甘蔗种芽。

进一步还包括第二电机及一组切刀滚11，其分为上滚及下滚，在上滚及下滚上分别设有能够相互切合的刀片12，以及切刀滚11位于所述采集滚筒9的另一端管口处并由第二电机进行驱动相互旋转及由控制装置14进行控制第二电机进行旋转，由控制装置14控制切刀滚11进行甘蔗种切割，可防止甘蔗种芽被切伤。

根据本发明实施例的另一方面，如图2所示为采用上述检测系统的甘蔗种芽完好性检测方法，包括：

步骤S100：控制装置控制甘蔗传送机构对待检测甘蔗种芽进行传送，当导向机构上的茎节感应机构感应到甘蔗茎节时，发信号至控制装置，并由其控制甘蔗传送机构停止传送。

步骤S102：控制装置发信号至图像分析装置，由其控制图像采集机构采集甘蔗种芽图像；若采集到的图像没有甘蔗种芽，控制装置控制驱动装置驱动采集滚筒转动一定角度后发信号至图像分析装置控制图像采集机构再进行甘蔗种芽图像的采集；

若所得图像含有种芽，则由图像分析装置对种芽的完好性进行判断分析；

旋转的图像采集机构可改变相机的拍摄角度，能够解决甘蔗种芽背对图像采集机构的或种芽拍摄不完整的问题，排除所有拍摄盲区，确保完整地拍摄每一个甘蔗种芽。

步骤S104：由图像分析装置对采集的甘蔗种芽图像的种芽边缘特征进行提取，将提取的种芽边缘特征与图像分析装置内记录的完好的种芽边缘特征进行比较；比较时两者若相同，则为完好的甘蔗种芽，若两者不同，则为破损的甘蔗种芽。

步骤S104中图像分析装置通过Matlab对采集的甘蔗种芽图像进行种芽边缘特征的提取及分析比较。其具体过程为：将甘蔗种芽图像以灰度图像进行读入，在Matlab环境中调用图像处理工具箱的函数，对甘蔗种芽图像进行处理：首先运行图像读取函数imread来读取已保存的甘蔗种芽图像，接着调用im2bw函数将种芽灰度图像转换为二值图像，取最佳参数level＝100/250；然后调用edge函数进行甘蔗种芽图像的边缘进行检测，函数所采用的算子为sobel算子，取最优阈值thresh＝0.4；最后调用Hough变换函数对以上所得图像的边缘进行圆的检测和提取，其中参数r-max、r-min视不同甘蔗品种的具体种芽尺寸大小而定，而其它参数step-r＝1；step-angle＝pi/18；p＝0.9，所得结果为若干个圆的圆心位置与半径。而事先经过统计分析了完好种芽与破损种芽的种芽边缘特征，发现完好种芽图像的边缘近似于圆形，且仅有一个边缘，其半径约为2.5毫米，圆心坐标靠近茎节，距离约为5毫米；而破损种芽图像的边缘形状和尺寸与完好种芽的相比，具有明显不同，又因为破损的甘蔗种芽，出现了不同灰度值区域，也就额外增加了图像边缘，所以经过上述Hough检测出来的圆的个数多于完好种芽的圆的个数；因此将检测得到圆形边缘的个数作为依据，判断种芽的完好性，最终得到检测结果。

通过图像分析装置，对甘蔗种芽的完好性进行检测，提高甘蔗种芽无破损率，以及提高甘蔗种芽的出芽率。

以下为详细介绍本发明的应用实施例，如图3所示，包括：

步骤201：启动检测系统，初始化各参数；

步骤202：PLC运行预定的程序，PLC控制甘蔗传送机构转动，甘蔗传送机构夹持甘蔗茎杆往前行进；

步骤203：甘蔗茎节经过导向机构小喇叭口端的导向套，并挤压导向套的压力传感器，压力传感器感应到甘蔗茎节，并将甘蔗茎节信号传到PLC，PLC控制甘蔗传送机构停止输送；

步骤204：PLC同时向图像分析装置传递信号，使其促发图像采集机构拍摄图像；

步骤205：图像分析装置对步骤204所得的图像进行处理，然后对处理后的结果进行分析，判断图像内是否含有甘蔗种芽；

步骤206：若步骤205中判断结果是图像内含有甘蔗种芽，则转到207；反之，则通过PLC控制伺服电机，驱动齿圈转动120°，带动相机随采集滚筒绕甘蔗茎杆旋转120°，然后返回步骤204(重复步骤204-206，直至拍摄到完整的甘蔗种芽图像为止)；

步骤207：图像分析装置对甘蔗种芽完好性进行检测，判断其是否完好；

步骤208：若步骤207中检测结果为种芽完好，则PLC的计数寄存器加1，反之，则PLC控制切刀滚转动，切断该蔗种，并舍弃，蔗种掉入废种箱，然后返回步骤202；

步骤209：判断计数寄存器的计数是否等于2；

步骤210：如果步骤209的判断计数等于2，则PLC控制切刀滚转动，切断该蔗种，进入蔗种箱，即完成甘蔗种芽完好性检测和一个甘蔗种的切割周期；反之，则返回步骤202。

本发明中实施例中的甘蔗种芽完好性检测系统及方法，利用可旋转的图像采集机构，可将甘蔗种芽进行完整的拍摄，解决了甘蔗种芽在甘蔗茎杆圆周上无规律生长和分布造成的遮挡种芽或种芽成像不完整等问题；以及通过图像分析装置，对甘蔗种芽进行完好性进行检测，提高甘蔗种芽无破损率，以及提高甘蔗种芽的出芽率；

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (8)

1.一种甘蔗种芽完好性检测系统，其特征在于，包括：

甘蔗传送机构；

导向机构，其呈喇叭形，该导向机构的大喇叭口端与所述甘蔗传送机构的输出口相对应，在导向机构的小喇叭口端的甘蔗传送行径上装置有茎节感应机构，由其感应甘蔗茎节；

采集滚筒，其呈管状且两端以能够旋转的方式装置于安装底座上，该采集滚筒的一端管口与所述导向机构的小喇叭口端相对应，在采集滚筒的外表面筒壁上固定连接一第一齿轮以及开设有一贯穿筒壁的采集圆孔；

驱动装置，其轴上安装有一第二齿轮，其与所述第一齿轮啮合，以驱动所述采集滚筒转动；

其中，在所述采集圆孔内安装图像采集机构，所述茎节感应机构、甘蔗传送机构以及驱动装置与控制装置连接，所述控制装置与图像分析装置连接，所述图像分析装置与所述图像采集机构连接。

2.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述甘蔗传送机构包括两组传送滚轮、装置于每组滚轮上的传送带以及带动两组传送滚轮进行相对转动的第一电机；其中，所述两组传送滚轮之间形成传送通道以及所述第一电机与所述控制装置连接。

3.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述导向机构为六根导向柱，其排列成喇叭形，在所述六根导向柱上套设有导向套，在小喇叭口端的导向套上装置有茎节感应机构。

4.根据权利要求3所述的检测系统，其特征在于，所述茎节感应机构为压力传感器。

5.根据权利要求1-4任一项中所述的检测系统，其特征在于，还包括第二电机及一组切刀滚，其分为上滚及下滚，所述上滚及下滚上分别设有能够相互切合的刀片，以及所述切刀滚位于所述采集滚筒的另一端管口处并由所述第二电机进行驱动相互旋转及由控制装置控制所述采集滚筒旋转。

6.一种采用权利要求1的所述检测系统的甘蔗种芽完好性检测方法，其特征在于，包括：

1)所述控制装置控制所述甘蔗传送机构对待检测甘蔗种芽进行传送，当所述导向机构上的茎节感应机构感应到甘蔗茎节时，发信号至所述控制装置，并由其控制所述甘蔗传送机构停止传送；

2)所述控制装置发信号至图像分析装置，由其控制所述图像采集机构采集甘蔗种芽图像；若采集到的图像没有甘蔗种芽，所述控制装置控制所述驱动装置驱动所述采集滚筒转动一定角度后发信号至图像分析装置控制图像采集机构再进行甘蔗种芽图像的采集；

3)由所述图像分析装置对采集的甘蔗种芽图像的种芽边缘特征进行提取，将提取的种芽边缘特征与图像分析装置内记录的完好的种芽边缘特征进行比较；比较时两者若相同，则为完好的甘蔗种芽，若两者不同，则为破损的甘蔗种芽。

7.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于，步骤3)中所述图像分析装置通过Matlab对采集的甘蔗种芽图像进行种芽边缘特征的提取及分析比较。

8.根据权利要求6-7任一项中所述的检测方法，其特征在于，步骤3)中所述种芽边缘特征为一个近似圆形的边缘。