CN104488405B - 基于机器视觉的高通量玉米果穗考种流水线装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器视觉技术领域，尤其涉及一种基于机器视觉的高通量玉米果穗考种流水线装置及其方法。该装置包括进料传输模块；传感器模块，与所述进料传输模块相连，用以感知所述进料传输模块传送至所述传感器模块的待测果穗；图像采集模块，用以采集所述待测果穗的图像；以及果穗夹持模块，与所述传感器模块相连，接收所述传感器模块的指令，并将所述待测果穗夹持至所述图像采集模块。本发明实现了全自动流水线考种，考种测量的采集速度快、测量客观精准，能够很好地代替人工劳动力应用于农业玉米品种选育生产与科研领域。实现无损、自动、高效、精准测量玉米果穗农艺性状。

Description

基于机器视觉的高通量玉米果穗考种流水线装置及其方法

技术领域

本发明涉及机器视觉技术领域，尤其涉及一种基于机器视觉的高通量玉米果穗考种流水线装置及其方法。

背景技术

玉米果穗考种是玉米作物遗传育种过程中一个重要的环节，对于玉米生产、科研有着重要的意义。随着现代信息技术的高速发展，特别是计算机技术和机器视觉技术的发展，推动了农业信息化和精细化的进程，为传统农业带来了全新的工具和手段。

玉米种业旨在选育拥有更好基因型的种子，而其中的一个重要环节就是玉米果穗考种。然而，传统的玉米果穗考种过程中，大多采用目测尺量等人工测量手段。存在着较大的主观性和误差，并且考种周期较长，严重影响了玉米育种的效率和精确性。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供一种基于机器视觉的高通量玉米果穗考种流水线装置及其方法，解决传统玉米果穗考种主观性大、误差大以及效率低的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于机器视觉的高通量玉米果穗考种流水线装置及其方法。该装置包括：

进料传输模块；

传感器模块，与所述进料传输模块相连，用以感知所述进料传输模块传送至所述传感器模块的待测果穗；

图像采集模块，用以采集所述待测果穗的图像；以及

果穗夹持模块，与所述传感器模块相连，接收所述传感器模块的指令，并将所述待测果穗夹持至所述图像采集模块。

优选地，所述进料传输模块包括：

起始端连接有进料框的第一传送带；

所述第一传送带末尾端连接有V字形的收料槽，用以限制果穗单穗纵向通过；以及

与所述收料槽相连的第二传送带。

优选地，所述第二传送带纵向边沿上设置有纵向挡板，用以限制果穗传送位置；所述第二传送带末尾端设置有横向挡板，用以防止果穗因惯性而冲出所述第二传送带。

优选地，所述传感器模块包括：与所述第二传送带末尾端相连的光电门，用以检测所述待测果穗是否到达所述果穗夹持模块。

优选地，所述果穗夹持模块包括：与所述光电门相连的气动夹指，用以接收所述光电门的指令，并将所述待测果穗夹持至所述图像采集模块。

优选地，所述图像采集模块包括：

透明载物台，用以盛放所述待测果穗；

数量为n的高速工业相机，用以采集所述待测果穗的图像；以及

相同数量的激光发射装置，用以将在所述待测果穗上标定激光点；其中，n为1，2，3，4。

优选地，所述载物台为钢化玻璃；当n的值不为1时，所述高速工业相机与所述激光发射装置，依次均匀交叉分布在以所述待测果穗为圆心的圆周上。

优选地，所述装置还包括速度调节模块，用以控制所述第一传送带、所述第二传送带以及所述气动夹指的速度。

优选地，所述装置还包括回收模块，所述回收模块为高压气喷嘴，用以将所述待测果穗及粉尘吹入回收框中。

本发明还提供了一种基于机器视觉的高通量玉米果穗考种方法，具体包括以下步骤：

S1：准备，正确启动机器，调整好第一传送带的速度；

S2：入料，将果穗倒入进料框，随着所述第一传送带传送至收料槽，之后单穗自动排列进入果穗夹持模块；

S3：夹持，当待测果穗到达光电门处时，所述光电门便会发送指令使气动夹指夹持起所述待测果穗并放置在图像采集模块的载物台上；

S4：采集，数量为n的高速工业相机同时采集图像，并传送所述图像至计算机进行分析与计算；其中，n为1，2，3，4；

S5：回收，图像采集完之后，高压气喷嘴便会喷出高压气流，将所述待测果穗及粉尘吹入回收框中。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：该基于机器视觉的高通量玉米果穗考种流水线装置，通过多级传送模块和自动夹持模块的处理，并采用透明玻璃多视同时测量。实现了全自动流水线考种，考种测量的采集速度快、测量客观精准，能够很好地代替人工劳动力应用于农业玉米品种选育生产与科研领域。实现无损、自动、高效、精准测量玉米果穗农艺性状。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于机器视觉的高通量玉米果穗考种流水线装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的基于机器视觉的高通量玉米果穗考种流水线装置中图像采集模块的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的基于机器视觉的高通量玉米果穗考种方法流程框图。

图中：1：进料框；2：第一传送带；3：收料槽；4：第二传送带；5：纵向挡板；6：气动夹指；7：光电门；8：横向挡板；10：玻璃板载物台；11：待测果穗；12：高速工业相机；13：激光光源；14：高压气喷嘴。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，为本发明实施例提供的基于机器视觉的高通量玉米果穗考种流水线装置的结构示意图。

本发明提供了一种基于机器视觉的高通量玉米果穗考种流水线装置及其方法。该装置包括：进料传输模块；传感器模块，与进料传输模块相连，用以感知进料传输模块传送至传感器模块的待测果穗；图像采集模块，用以采集待测果穗的图像；以及果穗夹持模块，与传感器模块相连，接收传感器模块的指令，并将待测果穗夹持至图像采集模块。

进一步地，进料传输模块包括：起始端连接有进料框1的第一传送带2；第一传送带2末尾端连接有倒V字形的收料槽3，用以限制果穗单穗纵向通过；以及与收料槽3相连的第二传送带4。其中，进料框可以一次性倒入整袋玉米果穗，进而传送到第一传送带2上，并且第一传送带2的宽度可以并排容纳5穗果穗；随后传送至限制单穗通过的收料槽3，再通过单穗纵向传送的第二传送带4送至传感器模块。

进一步地，第二传送带4纵向边沿上设置有纵向挡板5，用以限制果穗传送位置；第二传送带4末尾端设置有横向挡板8，用以防止果穗因惯性而冲出第二传送带4。

进一步地，传感器模块包括：与第二传送带4末尾端相连的光电门7，用以检测待测果穗是否到果穗夹持模块。本实施例中的传感器模块以光电门7为例，但并不以此为限，还可以是其他有探测以及传感功能的器件。

进一步地，果穗夹持模块包括：与光电门7相连的气动夹指6，用以接收光电门7的指令，并将待测果穗夹持至图像采集模块。当第一个果穗，即待测果穗11到达光电门7时，光电门7发送指令给气动夹指6，气动夹指6将待测果穗11夹持到图像采集模块的玻璃板载物台上。其中，本实施例中的果穗夹持模块以气动夹指6为例，但并不以此为限，还可以是其他自动夹持器件。

进一步地，如图2所示，为本发明实施例提供的基于机器视觉的高通量玉米果穗考种流水线装置中图像采集模块的结构示意图。图像采集模块包括：玻璃板载物台10，用以盛放待测果穗，使得下方的相机可以正常采集图像；数量为n的高速工业相机12，用以采集待测果穗11的图像；以及相同数量的激光发射源13，用以将在待测果穗11上标定激光点。其中，本实施例中的透明载物台以钢化玻璃板载物台10为例，但并不以此为限。其中，n为1，2，3，4。当n的值不为1时，高速工业相机与激光发射装置，依次均匀交叉分布在以待测果穗为圆心的圆周上。

进一步地，本实施例中n为3，即3个高速工业相机12在以待测果穗11为圆心的圆周上互成120度弧度，3个激光光源13各与高速工业相机12成60度弧度。

进一步地，装置还包括速度调节模块，用以控制第一传送带2、第二传送带4以及气动夹指6的速度。

进一步地，装置还包括回收模块，回收模块为高压气喷嘴14，用以将采集图像后的待测果穗11及粉尘吹入回收框中。

本发明还提供了一种基于机器视觉的高通量玉米果穗考种方法，如图3所示，为本发明提供的基于机器视觉的高通量玉米果穗考种方法流程框图，具体包括以下步骤：

首先，正确启动机器，调整好第一传送带2的速度。然后，将一整袋玉米果穗倒入进料框1，这些果穗便会随着第一传送带2传送至收料槽3，然后便会自动排列成单穗通过进入果穗夹持模块。当一个果穗到达光电门7处时，光电门7便会发送指令使气动夹指6夹持起该待测果穗11并放置在图像采集模块的玻璃板载物台10上。此时，三个高速工业相机12以及3个激光光源13便会同时采集图像，并传送图像至计算机进行分析与计算各项参数指标。

进一步地，当一个果穗到达光电门7时，第二传送带4便会停止传送，以防止果穗间互相顶撞。高速工业相机12采集完图像之后，高压气喷嘴14便会喷出高压气流，将测完的待测果穗11吹入回收框中，全过程无需人工参与。

综上所述，本发明基于机器视觉的高通量玉米果穗考种流水线装置，通过多级传送模块和自动夹持模块的处理，并采用透明玻璃多视同时测量。实现了全自动流水线考种，考种测量的采集速度快、测量客观精准，能够很好地代替人工劳动力应用于农业玉米品种选育生产与科研领域。实现无损、自动、高效、精准测量玉米果穗农艺性状。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种基于机器视觉的高通量玉米果穗考种流水线装置，其特征在于，包括：

进料传输模块；

传感器模块，与所述进料传输模块相连，用以感知所述进料传输模块传送至所述传感器模块的待测果穗；

图像采集模块，用以采集所述待测果穗的图像；以及

果穗夹持模块，与所述传感器模块相连，接收所述传感器模块的指令，并将所述待测果穗夹持至所述图像采集模块；

所述进料传输模块包括：

起始端连接有进料框的第一传送带；

所述第一传送带末尾端连接有V字形的收料槽，用以限制果穗单穗纵向通过；以及

与所述收料槽相连的第二传送带，

所述第二传送带纵向边沿上设置有纵向挡板，用以限制果穗传送位置；所述第二传送带末尾端设置有横向挡板，用以防止果穗因惯性而冲出所述第二传送带；

所述传感器模块包括：与所述第二传送带末尾端相连的光电门，用以检测所述待测果穗是否到达所述果穗夹持模块；

所述果穗夹持模块包括：与所述光电门相连的气动夹指，用以接收所述光电门的指令，并将所述待测果穗夹持至所述图像采集模块；

所述图像采集模块包括：

透明载物台，用以盛放所述待测果穗；

数量为n的高速工业相机，用以采集所述待测果穗的图像；以及

相同数量的激光发射装置，用以将在所述待测果穗上标定激光点；其中，n为1，2，3，4。

2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的高通量玉米果穗考种流水线装置，其特征在于，所述载物台为钢化玻璃；当n的值不为1时，所述高速工业相机与所述激光发射装置，依次均匀交叉分布在以所述待测果穗为圆心的圆周上。

3.根据权利要求2所述的基于机器视觉的高通量玉米果穗考种流水线装置，其特征在于，所述装置还包括速度调节模块，用以控制所述第一传送带、所述第二传送带以及所述气动夹指的速度。

4.根据权利要求3所述的基于机器视觉的高通量玉米果穗考种流水线装置，其特征在于，所述装置还包括回收模块，所述回收模块为高压气喷嘴，用以将所述待测果穗及粉尘吹入回收框中。

5.一种基于机器视觉的高通量玉米果穗考种方法，其特征在于，采用权利要求1至4任一项所述的装置进行玉米果穗考种，所述方法具体包括以下步骤：

S1：准备，正确启动机器，调整好第一传送带的速度；

S2：入料，将果穗倒入进料框，随着所述第一传送带传送至收料槽，之后单穗自动排列进入果穗夹持模块；

S3：夹持，当待测果穗到达光电门处时，所述光电门便会发送指令使气动夹指夹持起所述待测果穗并放置在图像采集模块的载物台上；

S4：采集，数量为n的高速工业相机同时采集图像，并传送所述图像至计算机进行分析与计算；其中，n为1，2，3，4；

S5：回收，图像采集完之后，高压气喷嘴便会喷出高压气流，将所述待测果穗及粉尘吹入回收框中。