CN104359910B - 便携式动态玉米种子纯度识别仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种便携式动态玉米种子纯度识别仪，包括上下箱体、传动模块、采集模块、控制模块、遮光板和收集袋；上下箱体包括上箱体、下箱体、二节导轨、上位自动弹簧锁、下位锁扣和一个提手；控制模块由单片机、相机触发线、步进电机驱动器、步进电机、电源、相机和传送带组成；动模块包括传送带、带轮、轴承、步进电机、齿轮、步进电机驱动器、传送带盒及传送带托轨；本发明应用于机器视觉识别动态玉米种子纯度和品种试验中玉米种子的图像采集，解决了静态玉米种子纯度识别方法的不足，提供了动态玉米种子纯度识装置，并且可以携带适应流通现场作业。

Description

便携式动态玉米种子纯度识别仪

一、技术领域

本发明涉及一种便携式动态玉米种子纯度识别仪，应用于机器视觉识别动态玉米种子纯度和品种试验中玉米种子的图像采集。

二、背景技术

在机器视觉识别玉米种子纯度和品种的研究中，需要采集玉米种子原始图像。现有技术通常将玉米种子经手工逐粒直立摆放到圆形孔洞板上再放置于采集箱中，然后手工对玉米种子摆放位置微调，之后对玉米种子原始图像进行采集。但是采集箱不便于携带，难以适应流通现场作业，造成玉米种子纯度识别场地受限。

现在市场流通的玉米种子纯度识别系统大多是静态的、单一的识别。此方法速度慢，工作效率低，多应用于科学研究，难以应用于快速检测领域。因此构建一种动态的玉米种子纯度识别系统，搭建机器视觉硬件装置，设计图像处理识别程序以实现玉米种子快速、精确定位及动态操作。

三、发明内容

为解决上述静态玉米种子纯度识别方法的不足，本发明提供了一种便携式动态玉米种子纯度识别装置，可携带适应于现场流通作业，可以用于机器视觉动态识别玉米种子纯度与品种的图像采集。

本发明采用的技术方案如下：

一种便携式动态玉米种子纯度识别装置，包括上下箱体、传动模块、采集模块、控制模块、遮光板和收集袋。

所述的上下箱体包括上箱体、下箱体、二节导轨、上位自动弹簧锁、下位锁扣和一个提手；下箱体右下角前板上开有入料口，后板上与开料口相对设有出料口；所述二节导轨的导轨壳分别固定在下箱体外部的四个边上，其导轨芯固定在上箱体内部的四个边上，上箱体可活动的套在下箱体外面，通过四个二节导轨的滑动，上箱体可以提起，整个箱体具有收缩特性；所述提手安装在上箱体顶部；下箱体两个侧面的上边缘中心位置分别安装有上位自动弹簧锁，上箱体两个侧面的下边缘中心位置与上位自动弹簧锁对应打孔，当上箱体提起时上位自动弹簧锁扣通过中心孔弹出，支撑住上箱体；四个下位锁扣分别固定在下箱体两侧的下边缘上，当上箱体落下套在下箱体外面时下位锁扣上锁。工作时握住把手将上箱体通过四个二节导轨滑动向上提起，上位自动弹簧锁扣通过中心孔弹出，支撑住上箱体，箱体伸长，不工作时握住把手将上箱体通过二节导轨向下滑动套在下箱体上，整个箱体高度下降，下位锁上锁，整个箱体稳定在一起；

所述的传动模块包括传送带、带轮、轴承、步进电机、齿轮、步进电机驱动器、传送带盒及传送带托轨；传送带的一侧均匀设有传送带凹槽，凹槽大小固定，间距固定，间距根据传送带周长与步进电机步距角的计算确定，凹槽开口朝向相机二方向即下箱体左侧；每个凹槽大小形状与单粒玉米相同；传送带托轨固定在下箱体内部右端，传送带盒通过传送带托轨安装在下箱体底板上，传送带盒位于出料口与入料口之间，传送带盒可沿传送带托轨滑动；传送带套在主动带轮和从动带轮外面，主动带轮和从动带轮的两端安装在轴承上，轴承过盈配合安装在传送带盒内部两个相对的侧板上；主动带轮轮轴上套有一个齿轮，步进电机输出轴套有一个齿轮；步进电机输出轴的齿轮与主动带轮上的齿轮啮合；步进电机安装在传送带盒内部两个相对的侧板上；步进电机驱动器固定在下箱体内部并与驱动电机连接。工作时步进电机驱动器驱动步进电机，步进电机输出轴带动的齿轮与主动带轮上的齿轮啮合带动主动轮转动，主动轮和从动轮带动传送带转动。传送带采用黑色毛面材料，毛面非镜面反射表面保障合适的光照条件，黑色背景下的种子图像目标清晰且避免暗影干扰。传送带的凹槽仿形玉米尺寸设计可以保障传动过程玉米种子的稳定性，确保获取稳定的玉米种子原始图像。步进电机驱动器受控制模块的控制，设定步进电机前进的步数使每个凹槽传送到对应相机拍照的位置，可以准确获取玉米种子原始图像。传送带盒沿传送带托轨滑动，可以将传送带拉出箱体，用于放置玉米种子。所述传送带盒由一块传送带盒底板和该传送带盒底板两侧垂直固定两块传送带盒侧板组成；传送带盒一侧出口与入料口连接，其另一侧出口连接有收集袋，收集袋另一端固定在下箱体的出料口处。收集袋可收缩，工作时随着传送带托轨的滑动而变动。收集袋用来收集采集图像后的玉米种子，不工作时折叠放置，减少空间。

所述的采集模块由相机一、相机一水平调节导轨、相机一竖直调节架、相机固定套、相机二、相机二水平调节架和相机二竖直调节架组成。相机一水平调节导轨壳固定在上箱体顶部；相机一竖直调节架可活动的安装在相机一水平调节导轨上；相机一通过相机固定套可活动的安装在相机一竖直调节架上；相机一可以沿相机一竖直调节架上下移动实现相机一的竖向调节，相机一水平调节导轨可以左右移动实现相机一的横向调节。相机二竖直调节架安装在下箱体左侧的底板上，相机二水平调节架可活动的套在相机二竖直调节架上，相机二通过相机固定套可活动的安装在相机二水平调节架上。相机二可以在相机二水平调节架上左右移动实现相机二的横向调节，通过相机二水平调节架在相机二竖直调节架上的上下移动以实现相机二的竖向调节。

所述的控制模块由单片机、相机触发线、锂电池、锂电池底座组成，单片机固定在下箱体内部底板上，锂电池通过锂电池底座固定在下箱体内部底板上，单片机通过导线一端连接计算机，其另一端连接电源；所述的步进电机驱动器与步进电机和单片机连接；相机触发线通过导线一端接电源，另一端分别与所述的相机一、相机二和单片机连接。单片机一方面控制步进电机驱动器驱动步进电机，带动传送带工作，另一方面控制相机的触发，使得当传送带相应凹槽的玉米种子到达指定位置时触发相机对其进行拍照，实现动态采集玉米种子原始图像。

所述的遮光板由成倒L型的上板和侧板组成，其上板与下箱体底板平行且位于传送带上方，其侧板底端安装在下箱体底板上传送带盒左侧。遮光板表面用黑色亚光喷漆喷涂，黑色背景下的种子图像目标清晰且避免暗影干扰。遮光板上板和侧板上分别开有通光孔，上板通光孔中心与传送带凹槽中心在一条直线上，侧板通光孔中心与传送带侧面中心在一条直线上。相机一可以左右移动使相机一与上板通光孔中心在一条直线上、相机二可以上下移动使相机二中心与侧板通光孔中心在一条直线上。朝向传送带盒的一侧的通光孔四周布置有LED光源。遮光板一方面遮挡外部干扰光线，另一方面在其内部布置LED光源，为采集玉米种子图像提供所需光照环境。

本发明的便携式动态玉米种子纯度识别仪在使用时，将上下箱体打开，调节相机一的位置使其中心正对在遮光板上面通光孔的中心，调节相机二的位置使其中心正对在遮光板侧面的通光孔的中心，工作时需拉出部分传送带，在拉出的传送带上放玉米种子，通过传送带的实时运输到下箱体内部，使用相机照相。打开电源供电，单片机控制步进电机驱动器驱动步进电机，步进电机带动传送带转动。单片机发送指令触发相机一和相机二，当玉米种子随传送带移动到指定位置，相机一对玉米侧面拍照，相机二对玉米冠部拍照。采集完所有玉米种子图像后，关闭电源，传送带随着传送带盒与传送带托轨推入下箱体，拉出收集袋倒出玉米种子，调节相机归位，降落上箱体并上锁，完成全部操作过程，实现动态采集玉米种子原始图像的功能，并便于携带，可以现场流通作业，可以减少箱体放置的空间。

四、附图说明

图1为本发明实施例的整机主视图。

图2为本发明实施例的传送带结构图。

图3为本发明实施例的遮光板结构图。

图4为本发明实施例的收集袋结构图

图5为本发明实施例的工作流程图。

图中：1.提手 2.上箱体壳 3.水平调节导轨 4.竖直调节架 5.相机固定套 6.相机一 7.支撑导轨壳 8.下箱体壳 9.遮光板 10.出料口 11.传送带 12.传送带盒 13.传送带托轨 14.支撑导轨芯 15.入料口 16.上位自动弹簧锁 17.移动电源 18.相机二 19.水平调节架二 20.竖直调节架二 21.单片机 22.下位锁扣 23.步进电机驱动器 24.传送带凹槽 25.遮光板通光孔 26.LED灯条 27收集袋

五、具体实施方式

以下具体实施方式用于说明本发明，但是不限制本发明的范围。凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的范围。

上下箱体的开合过程：上下箱体由二节导轨链接，工作时向上提起上箱体2，导轨7打开，上下箱体打开，上位自动弹簧锁16上锁，保障整机装置工作状态稳定。不工作时导轨闭合，上箱体下落，下位锁扣22上锁，便于携带。

传动模块工作过程：传送带托轨导轨壳13固定在下箱体8上，传送带托轨导轨芯上面固定传送带盒12，传送带盒里放置步进电机、带轮及传送带，传送带凹槽下边缘高于传送带盒的上边缘。传送带做了特殊设计：在传送带一边仿形玉米尺寸开凹槽24，另一边不变以保障传送强度。步进电机驱动器固定在下箱体上，是用来驱动步进电机的。

采集模块工作过程：相机一6水平调节导轨壳固定在上箱体上，相机一竖直调节架4固定在相机一水平调节导轨3芯上，相机一固定在相机固定套5内，相机固定套可以在相机一竖直调节架4上上下移动实现相机一6的竖向调节，相机一水平调节导轨3可以左右移动实现相机一6的横向调节。同理，相机二18固定在相机固定套5内，相机固定套可以在相机二水平调节架19上左右移动实现相机218的横向调节，相机二水平调节架19套在相机二竖直调节架20上，可以上下移动以实现相机二18的竖向调节。

控制模块的工作过程：本实例中选用STC52单片机，Tb6560步进电机驱动器，42BYGH48-401A步进电机，相机一和相机二为工业相机，如PointGreyFL3系列FL3-U3-13S2C相机，电源采用24V10AH锂电池。单片机21一端接计算机，另一端电源17，步进电机驱动器23一端接电源，另一端接步进电机和单片机21上，相机触发线一端接电源17，另一端分别接相机一和相机二及单片机21。单片机21通过编程一方面控制步进电机驱动器23驱动步进电机，步进电机带动传送带11工作，另一方面控制相机一和相机二的触发，使得当传送带相应凹槽24的玉米种子到达指定位置时，两个工业相机也已经触发，相机一和相机二分别对玉米种子侧面和冠部进行拍照，实现动态采集玉米种子原始图像。

便携式动态玉米种子纯度识别装置工作过程：工作时，向上提起上箱体2，导轨7打开，上下箱体打开，上位自动弹簧锁16上锁；传送带托轨13的滑动带动传送带盒12的滑动，将传送带11盒盒长的三分之一拉出下箱体，用于人工在传送带的凹槽内放置玉米种子；玉米种子传送到箱体内部正对遮光板9的通光孔位置，相机一6沿相机一竖直调节架4上下移动调节相机一6距离玉米冠部的工作距离，同时相机一6沿相机一水平调节导轨3左右移动微调使相机一6与上板通光孔中心在一条直线上；相机二18沿相机二水平调节架19左右移动调节相机二18距离遮光板通光孔的工作距离，同时相机二18沿相机二竖直调节架20上下移动微调使相机二18中心与侧板通光孔中心在一条直线上。接好线路，打开电源17开关，单片机21通过编程一方面控制步进电机驱动器23驱动步进电机，步进电机带动传送带11工作，另一方面控制相机的触发，使得当传送带相应凹槽24的玉米种子到达指定位置时，相机一6和相机二18分别对玉米种子侧面和冠部进行拍照，实现动态采集玉米种子原始图像，采集完图像的种子运送到传送带尾端由收集袋收集起来。

Claims (1)

1.一种便携式动态玉米种子纯度识别装置，包括上下箱体、传动模块、采集模块、控制模块、遮光板和收集袋；

所述的上下箱体包括上箱体、下箱体、二节导轨、上位自动弹簧锁、下位锁扣和一个提手；下箱体右下角前板上设有入料口，后板上与开料口相对设有出料口；所述二节导轨的导轨壳分别固定在下箱体外部的四个边上，其导轨芯固定在上箱体内部的四个边上，上箱体可活动的套在下箱体外面，整个箱体具有收缩性；所述提手安装在上箱体顶部；下箱体两个侧面的上边缘中心位置分别安装有上位自动弹簧锁，上箱体两个侧面的下边缘中心位置与上位自动弹簧锁对应打孔，当上箱体提起时上位自动弹簧锁扣通过中心孔弹出，支撑住上箱体；四个下位锁扣分别固定在下箱体两侧的下边缘上，当上箱体落下套在下箱体外面时下位锁扣上锁；

所述的传动模块包括传送带、带轮、轴承、步进电机、齿轮、步进电机驱动器、传送带盒及传送带托轨；传送带的一侧均匀设有传送带凹槽，凹槽间距根据传送带周长与步进电机步距角计算确定，凹槽开口朝向下箱体左侧；每个凹槽大小形状与单粒玉米相同；传送带托轨固定在下箱体内部右端，传送带盒通过传送带托轨安装在下箱体底板上，传送带盒位于出料口与入料口之间，传送带盒可沿传送带托轨滑动；传送带套在主动带轮和从动带轮外面，主动带轮和从动带轮的两端安装在轴承上，轴承过盈配合安装在传送带盒内部两个相对的侧板上；主动带轮轮轴上套有一个齿轮，步进电机输出轴套有一个齿轮；步进电机输出轴的齿轮与主动带轮上的齿轮啮合；步进电机安装在传送带盒内部两个相对的侧板上；步进电机驱动器固定在下箱体内部并与驱动电机连接；步进电机驱动器驱动步进电机，步进电机输出轴带动的齿轮与主动带轮上的齿轮啮合带动主动轮转动，主动轮和从动轮带动传送带转动；所述传送带采用黑色毛面材料；所述传送带盒由一块传送带盒底板和该传送带盒底板两侧垂直固定两块传送带盒侧板组成；传送带盒一侧出口与入料口连接，其另一侧出口连接有收集袋，收集袋另一端固定在下箱体的出料口处；收集袋可收缩；

所述的采集模块包括相机一、相机一水平调节导轨、相机一竖直调节架、相机固定套、相机二、相机二水平调节架和相机二竖直调节架；相机一水平调节导轨壳固定在上箱体顶部；相机一竖直调节架可活动的安装在相机一水平调节导轨上；相机一通过相机固定套可活动的安装在相机一竖直调节架上；相机一沿相机一竖直调节架上下移动实现相机一的竖向调节，相机一水平调节导轨左右移动实现相机一的横向调节；相机二竖直调节架安装在下箱体左侧的底板上，相机二水平调节架可活动的套在相机二竖直调节架上，相机二通过相机固定套可活动的安装在相机二水平调节架上；相机二在相机二水平调节架上左右移动实现相机二的横向调节，通过相机二水平调节架在相机二竖直调节架上的上下移动以实现相机二的竖向调节；

所述的控制模块包括单片机、相机触发线、锂电池和锂电池底座；所述单片机固定在下箱体内部底板上，锂电池通过锂电池底座固定在下箱体内部底板上，单片机通过导线一端连接计算机，其另一端连接电源；所述的步进电机驱动器与步进电机和单片机连接；相机触发线通过导线一端接电源，另一端分别与所述的相机一、相机二和单片机连接；单片机一方面控制步进电机驱动器驱动步进电机，带动传送带工作，另一方面控制相机的触发，使得当传送带相应凹槽的玉米种子到达指定位置时触发相机进行拍照，实现动态采集玉米种子原始图像；

所述的遮光板由成倒L型的上板和侧板组成，其上板与下箱体底板平行且位于传送带上方，其侧板底端安装在下箱体底板上传送带盒左侧；遮光板表面用黑色亚光喷漆喷涂，黑色背景下的种子图像目标清晰且避免暗影干扰；遮光板上板和侧板上分别开有通光孔，上板通光孔中心与传送带凹槽中心在一条直线上，侧板通光孔中心与传送带侧面中心在一条直线上；相机一左右移动使相机一与上板通光孔中心在一条直线上；相机二上下移动使相机二中心与侧板通光孔中心在一条直线上；朝向传送带盒的一侧的通光孔四周布置有LED光源。