CN104865259A - 掉落式玉米果穗穗部全息性状快速测量系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种掉落式玉米果穗穗部全息性状快速测量系统及方法，该系统包括：传送装置，用于使单穗玉米果穗呈竖直状态依次掉落；与传送装置连接的图像采集装置，用于采集掉落的单穗玉米果穗全方位图像；与图像采集装置连接的处理装置，用于控制图像采集装置采集单穗玉米果穗的全方位图像，以及获取图像采集装置采集的单穗玉米果穗的全方位图像，将其进行拼合，根据全方位图像的视差进行三维空间坐标的计算，对单穗玉米果穗的空间分布信息进行还原，从而计算得到单穗玉米果穗的穗部性状参数。上述系统能实现无损测量玉米果穗的穗部考种性状和穗选性状的参数，测量速度快，测量结果更精确，成本更低，效率更高。

Description

掉落式玉米果穗穗部全息性状快速测量系统及方法

技术领域

本发明涉及计算机视觉技术领域，尤其涉及一种掉落式玉米果穗穗部全息性状快速测量系统及方法。

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、科研中有着重要的意义。目前，国内玉米穗部考种大多采用目测尺量等传统手段，而每批需要考种的玉米数量都非常大，传统的考种过程往往需要持续一个月以上，存在着人力成本消耗过大且浪费严重，工作效率低且精度不高等诸多弊端。

现有技术公开了一种基于计算机视觉技术的玉米果穗考种方法、系统和装置，可以测量玉米果穗的穗长、穗行数、行粒数、秃尖长度等多个外观参数，然而，其设计的装置无法采集到果穗的全角度信息；现有技术还公开了一种玉米果穗性状检测装置，利用辊筒获取果穗的全角度信息，然后其设计采集全角度信息所耗时间较长；另外，现有技术还公开了一种全自动玉米单果穗考种装置及方法，这种装置设计机械程度复杂，实现难度较大。

鉴于此，如何高效、快速、高精确且低成本的测量玉米果穗的穗部全息考种性状和穗选性状的参数(包括穗行数、行粒数、穗粒数、病害籽粒、机械损伤籽粒等常见穗部性状参数)成为当前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种掉落式玉米果穗穗部全息性状快速测量系统及方法，能够实现无损测量玉米果穗的穗部考种性状和穗选性状的参数(包括穗行数、行粒数、穗粒数、病害籽粒、机械损伤籽粒等常见穗部性状参数)，在果穗掉落瞬间完成，测量速度快，测量结果更加精确，成本更低，效率更高。

第一方面，本发明提供一种掉落式玉米果穗穗部全息性状快速测量系统，包括：

传送装置，用于使单穗玉米果穗呈竖直状态依次掉落；

与所述传送装置连接的图像采集装置，用于采集掉落的单穗玉米果穗全方位图像；

与所述图像采集装置连接的处理装置，用于控制所述图像采集装置采集单穗玉米果穗的图像，以及获取所述图像采集装置采集的单穗玉米果穗的全方位图像，将所述全方位图像进行拼合，根据所述全方位图像的视差进行三维空间坐标的计算，对所述单穗玉米果穗的空间分布信息进行还原，从而计算得到所述单穗玉米果穗的穗部性状参数。

可选地，所述系统还包括：

回收装置，用于接收所述图像采集装置采集图像后的单穗玉米果穗，将掉落的单穗玉米果穗运送至回收玉米果穗的地方。

可选地，所述传送装置，包括：第一传送带、与所述第一传送带末端连接的竖直导管，所述竖直导管低于所述第一传送带位置竖直设置；

所述第一传送带将单穗玉米果穗平行于传送方向传送至所述竖直导管的入口；

所述竖直导管将所述单穗玉米果穗从该竖直导管的出口传送到图像采集装置中。

可选地，所述竖直导管为竖直圆柱型导管；

和/或，所述竖直导管的入口为弯曲型的直接接收所述第一传送带上的单穗玉米果穗的入口；

和/或，

所述第一传送带为单轨传送带。

可选地，所述图像采集装置，包括：图像采集箱体、设置在所述图像采集箱体内的用于采集所述单穗玉米果穗的全方位图像的图像传感器、设置在所述图像采集箱体内的提供光源的光源装置、设置在所述图像采集箱体内的红外触发器；

所述图像采集箱体上设置有连通所述竖直导管的出口的第一孔，且所述图像采集箱体位于所述竖直导管的下方，所述图像采集箱体的远离所述竖直导管的底面设置有使所述单穗玉米果穗穿出的第二孔；

所述第一孔和第二孔相对设置，且第一孔和第二孔的间距大于所述单穗玉米果穗的长度；

所述图像传感器与所述处理装置连接；

所述红外触发器与所述处理装置连接，用于检测所述单穗玉米果穗是否到达所述图像采集箱体的内部，在到达时向所述处理装置发送拍摄信号，以使所述处理装置在接收到拍摄信号时控制所述图像传感器采集所述单穗玉米果穗的全方位图像。

可选地，所述图像传感器的数量为三个，且所述图像传感器安装在所述图像采集箱体内部的侧壁上，位于同一个水平面，相邻图像传感器照射所述单穗玉米果穗时的夹角为120度；

所述光源装置为两个环形光源装置，第一个光源装置环绕所述第一孔固定在所述图像采集箱体内部设置有所述第一孔的内壁上，所述第二个光源装置环绕所述第二孔固定在所述图像采集箱体内部的底面上；

所述红外触发器位于所述图像采集箱体内部的侧壁上，且位于一个图像传感器的上方，所述红外触发器与所述图像采集箱体的底面的距离大于所述单穗玉米果穗的长度。

可选地，所述图像采集箱体是圆柱形的箱体；

和/或，

所述光源装置为环形强光发光二极管LED光源；

和/或，

所述光源为白色光源；

和/或，

所述图像传感器为电荷耦合元件CCD高速工业相机。

可选地，所述回收装置，包括：

正对所述图像采集箱体的第二孔的斜坡导轨，用于接收从所述图像采集箱体的第二孔穿出的所述图像传感器采集图像后的单穗玉米果穗，使所述单穗玉米果穗滚落至第二传送带；

与所述斜坡导轨末端连接的第二传送带，用于将所述单穗玉米果穗运送至回收玉米果穗的地方。

可选地，所述斜坡导轨的材质为海绵材质；

和/或，

所述第二传送带为水平方向传送带。

第二方面，本发明提供一种使用上述系统的玉米果穗穗部全息性状快速测量方法，包括：

获取图像采集装置采集的单穗玉米果穗的全方位图像；

将所述单穗玉米果穗的全方位图像进行拼合，根据所述全方位图像的视差进行三维空间坐标的计算，对所述单穗玉米果穗的空间分布情况信息进行还原，从而计算得到所述单穗玉米果穗的穗部全息性状参数。

由上述技术方案可知，本发明的掉落式玉米果穗穗部全息性状快速测量系统及方法，能够实现无损测量玉米果穗的穗部考种性状和穗选性状的参数(包括穗行数、行粒数、穗粒数、病害籽粒、机械损伤籽粒等常见穗部性状参数)，在果穗掉落瞬间完成，测量速度快，测量结果更加精确、客观、科学，成本更低，效率更高，对于实现全自动快速玉米育种而言有着重要的意义和参考价值。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的掉落式玉米果穗穗部全息性状快速测量系统的结构示意图；

图2为本发明另一实施例提供的掉落式玉米果穗穗部全息性状快速测量系统的结构示意图；

图3为本发明另一实施例提供的使用图1或图2所示系统的玉米果穗穗部全息性状快速测量方法的流程示意图；

附图标记：

1、单穗玉米果穗；2、第一传送带；3、竖直导管；4、图像采集箱体；5、图像传感器；6、红外触发器；7、光源；8、斜坡导轨；9、第二传送带；11、传送装置；12、图像采集装置；13、处理装置。

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。

图1为本发明一实施例提供的掉落式玉米果穗穗部全息性状快速测量系统的结构示意图，如图1所示，本实施例的掉落式玉米果穗穗部全息性状快速测量系统，包括：传送装置11、图像采集装置12和处理装置13；

传送装置11，用于使单穗玉米果穗呈竖直状态依次掉落；

与所述传送装置11连接的图像采集装置12，用于采集掉落的单穗玉米果穗1的全方位图像；

与所述图像采集装置12连接的处理装置13，用于控制所述图像采集装置12采集单穗玉米果穗1的图像，以及获取所述图像采集装置12采集的单穗玉米果穗1的全方位图像，将所述全方位图像进行拼合，根据所述全方位图像的视差进行三维空间坐标的计算，对所述单穗玉米果穗1的空间分布信息进行还原，从而计算得到所述单穗玉米果穗1的穗部性状参数。

本实施例的掉落式玉米果穗穗部全息性状快速测量系统，能够实现无损测量玉米果穗的穗部考种性状和穗选性状的参数(包括穗行数、行粒数、穗粒数、病害籽粒、机械损伤籽粒等常见穗部性状参数)，在果穗掉落瞬间完成，测量速度快，测量结果更加精确、客观、科学，成本更低，效率更高，对于实现全自动快速玉米育种而言有着重要的意义和参考价值。

在具体应用中，如图2所示，本实施例所述传送装置11，可以包括：第一传送带2、与所述第一传送带2末端连接的竖直导管3，所述竖直导管3低于所述第一传送带2位置竖直设置；

所述第一传送带2将单穗玉米果穗1平行于传送方向传送至所述竖直导管3的入口；

所述竖直导管3将所述单穗玉米果穗1从该竖直导管3的出口传送到图像采集装置12中。

举例来说，所述竖直导管3可以优选为竖直圆柱型导管。

举例来说，所述竖直导管3的入口可以优选为弯曲型的直接接收所述第一传送带2上的单穗玉米果穗1的入口；

举例来说，所述第一传送带2可以优选为单轨传送带，可以带有裙边。

在具体应用中，如图2所示，本实施例所述图像采集装置12，可以包括：图像采集箱体4、设置在所述图像采集箱体4内的用于采集所述单穗玉米果穗1的全方位图像的图像传感器5、设置在所述图像采集箱体4内的提供光源的光源装置7、设置在所述图像采集箱体4内的红外触发器6；

所述图像采集箱体4上设置有连通所述竖直导管3的出口的第一孔，且所述图像采集箱体4位于所述竖直导管3的下方，所述图像采集箱体4的远离所述竖直导管3的底面设置有使所述单穗玉米果穗1穿出的第二孔；

所述第一孔和第二孔相对设置，且第一孔和第二孔的间距大于所述单穗玉米果穗1的长度；

所述图像传感器5与所述处理装置13连接；

所述红外触发器6与所述处理装置13连接，用于检测所述单穗玉米果穗1是否到达所述图像采集箱体4的内部，在到达时向所述处理装置13发送拍摄信号，以使所述处理装置13在接收到拍摄信号时控制所述图像传感器5采集所述单穗玉米果穗1的全方位图像。

在具体应用中，举例来说，所述图像传感器5的数量可优选为三个，且所述图像传感器5安装在所述图像采集箱体4内部的侧壁上，位于同一个水平面，相邻图像传感器5照射所述单穗玉米果穗1时的夹角为120度；

所述光源装置7可以优选为两个环形光源装置，第一个光源装置环绕所述第一孔固定在所述图像采集箱体4内部设置有所述第一孔的内壁上，所述第二个光源装置环绕所述第二孔固定在所述图像采集箱体4内部的底面上；

所述红外触发器6位于所述图像采集箱体4内部的侧壁上，且位于一个图像传感器5的上方，所述红外触发器6与所述图像采集箱体4的底面的距离大于所述单穗玉米果穗1的长度。

举例来说，所述图像采集箱体4可以优选为圆柱形的箱体；

举例来说，所述光源装置7可以优选为环形强光发光二极管(LightEmitting Diode，简称LED)光源。

进一步地，举例来说，所述光源装置7可以优选为白色光源。

举例来说，所述图像传感器5可以优选为电荷耦合元件(Charge-coupled Device，简称CCD)高速工业相机。

在具体应用中，如图2所示，本实施例所述系统，还可以包括：

回收装置，用于缓冲接收所述图像采集装置12采集图像后的单穗玉米果穗1，将掉落的单穗玉米果穗1运送至回收玉米果穗的地方。

进一步地，在具体应用中，如图2所示，本实施例所述回收装置，可以包括：

正对所述图像采集箱体4的第二孔的斜坡导轨8，用于接收从所述图像采集箱体4的第二孔穿出的所述图像传感器5采集图像后的单穗玉米果穗1，使所述单穗玉米果穗1滚落至第二传送带9；

与所述斜坡导轨8末端连接的第二传送带9，用于将所述单穗玉米果穗1运送至回收玉米果穗的地方。

在具体应用中，举例来说，为了使单穗玉米果穗1没有损伤，所述斜坡导轨8可以缓冲接收从所述图像采集箱体4的第二孔穿出的所述图像传感器5采集图像后的单穗玉米果穗1，所述斜坡导轨8的材质可以优选为海绵材质。

在具体应用中，举例来说，所述第二传送带9可以优选为水平方向传送带。

应说明的是，本实施例所述处理装置13可以为计算机。

应说明的是，在使用本实施例所述系统进行玉米果穗穗部性状参数测量前，需要对图像传感器5进行定标配准，举例来说，可以使用棋盘标定板，利用张正友标定法对图像传感器5(例如三个CCD相机)进行定标配准，所述处理装置13会根据图像传感器5(例如三个CCD相机)的空间位置进行立体校正。

可理解的是，本实施例所述掉落式玉米果穗穗部全息性状快速测量系统的使用方法可包括：

传送装置中的第一传送带2依次将排列成一排的单穗玉米果穗1平行于传送方向传送至竖直导管3的入口，以使所述单穗玉米果穗1成竖直状态通过竖直导管3掉落穿过图像采集箱体4的第一孔与第二孔(即穿过图像采集箱体4)，然后掉入斜坡导轨8；在所述单穗玉米果穗1成竖直状态掉落进入图像采集箱体4内部时，红外触发器6向处理装置13发送拍摄信号，以使所述处理装置13在接收到拍摄信号时控制图像传感器5采集所述单穗玉米果穗1的全方位图像，并将采集的图像发送至处理装置13；所述处理装置13对所述图像传感器5发送的所述单穗玉米果穗1的全方位图像进行拼合，根据所述全方位图像的视差进行三维空间坐标的计算，对所述单穗玉米果穗1的空间分布情况信息进行还原，从而计算得到所述单穗玉米果穗1的穗部性状参数(可包括穗行数、行粒数、穗粒数、病害籽粒、机械损伤籽粒等常见穗部性状参数)；斜坡导轨8缓冲接收所述单穗玉米果穗1后使其滚落至第二传送带9，以使第二传送带9将所述单穗玉米果穗1运送至回收玉米果穗的地方。

本实施例的掉落式玉米果穗穗部全息性状快速测量系统，通过补光光源与图像传感器(例如摄像机、CCD相机等)组合获取玉米果穗全方位的图像，并以此计算整穗性状信息，能够实现无损测量玉米果穗的穗部考种性状和穗选性状的参数(包括穗行数、行粒数、穗粒数、病害籽粒、机械损伤籽粒等常见穗部性状参数)，在果穗掉落瞬间完成，测量速度快，测量结果更加精确、客观、科学，成本更低，效率更高，对于实现全自动快速玉米育种而言有着重要的意义和参考价值。

图3为本发明另一实施例提供的使用图1或图2所示掉落式玉米果穗穗部全息性状快速测量系统的玉米果穗穗部全息性状快速测量方法的流程示意图，如图3所示，本实施例的玉米果穗穗部全息性状快速测量方法如下所述。

301、获取图像采集装置采集的单穗玉米果穗的全方位图像。

302、将所述单穗玉米果穗的全方位图像进行拼合，根据所述全方位图像的视差进行三维空间坐标的计算，对所述单穗玉米果穗的空间分布信息进行还原，从而计算得到所述单穗玉米果穗的穗部全息性状参数。

在具体应用中，所述单穗玉米果穗的穗部全息性状参数可包括：穗行数、行粒数、穗粒数、病害籽粒、机械损伤籽粒等常见穗部性状参数。

本实施例的掉落式玉米果穗穗部全息性状快速测量方法，使用图1或图2所示装置实施例中的掉落式玉米果穗穗部全息性状快速测量系统，通过处理装置来实现，能够实现无损测量玉米果穗的穗部考种性状和穗选性状的参数(包括穗行数、行粒数、穗粒数、病害籽粒、机械损伤籽粒等常见穗部性状参数)，在果穗掉落瞬间完成，测量速度快，测量结果更加精确、客观、科学，成本更低，效率更高，对于实现全自动快速玉米育种而言有着重要的意义和参考价值。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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的权利要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种掉落式玉米果穗穗部全息性状快速测量系统，其特征在于，包括：

传送装置，用于使单穗玉米果穗呈竖直状态依次掉落；

与所述传送装置连接的图像采集装置，用于采集掉落的单穗玉米果穗全方位图像；

与所述图像采集装置连接的处理装置，用于控制所述图像采集装置采集单穗玉米果穗的图像，以及获取所述图像采集装置采集的单穗玉米果穗的全方位图像，将所述全方位图像进行拼合，根据所述全方位图像的视差进行三维空间坐标的计算，对所述单穗玉米果穗的空间分布信息进行还原，从而计算得到所述单穗玉米果穗的穗部性状参数。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：

回收装置，用于接收所述图像采集装置采集图像后的单穗玉米果穗，将掉落的单穗玉米果穗运送至回收玉米果穗的地方。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传送装置，包括：第一传送带、与所述第一传送带末端连接的竖直导管，所述竖直导管低于所述第一传送带位置竖直设置；

所述第一传送带将单穗玉米果穗平行于传送方向传送至所述竖直导管的入口；

所述竖直导管将所述单穗玉米果穗从该竖直导管的出口传送到图像采集装置中。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述竖直导管为竖直圆柱型导管；

和/或，所述竖直导管的入口为弯曲型的直接接收所述第一传送带上的单穗玉米果穗的入口；

和/或，

所述第一传送带为单轨传送带。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述图像采集装置，包括：图像采集箱体、设置在所述图像采集箱体内的用于采集所述单穗玉米果穗的全方位图像的图像传感器、设置在所述图像采集箱体内的提供光源的光源装置、设置在所述图像采集箱体内的红外触发器；

所述图像采集箱体上设置有连通所述竖直导管的出口的第一孔，且所述图像采集箱体位于所述竖直导管的下方，所述图像采集箱体的远离所述竖直导管的底面设置有使所述单穗玉米果穗穿出的第二孔；

所述第一孔和第二孔相对设置，且第一孔和第二孔的间距大于所述单穗玉米果穗的长度；

所述图像传感器与所述处理装置连接；

所述红外触发器与所述处理装置连接，用于检测所述单穗玉米果穗是否到达所述图像采集箱体的内部，在到达时向所述处理装置发送拍摄信号，以使所述处理装置在接收到拍摄信号时控制所述图像传感器采集所述单穗玉米果穗的全方位图像。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述图像传感器的数量为三个，且所述图像传感器安装在所述图像采集箱体内部的侧壁上，位于同一个水平面，相邻图像传感器照射所述单穗玉米果穗时的夹角为120度；

所述光源装置为两个环形光源装置，第一个光源装置环绕所述第一孔固定在所述图像采集箱体内部设置有所述第一孔的内壁上，所述第二个光源装置环绕所述第二孔固定在所述图像采集箱体内部的底面上；

所述红外触发器位于所述图像采集箱体内部的侧壁上，且位于一个图像传感器的上方，所述红外触发器与所述图像采集箱体的底面的距离大于所述单穗玉米果穗的长度。

7.根据权利要求5或6所述的系统，其特征在于，所述图像采集箱体是圆柱形的箱体；

和/或，

所述光源装置为环形强光发光二极管LED光源；

和/或，

所述光源为白色光源；

和/或，

所述图像传感器为电荷耦合元件CCD高速工业相机。

8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述回收装置，包括：

正对所述图像采集箱体的第二孔的斜坡导轨，用于接收从所述图像采集箱体的第二孔穿出的所述图像传感器采集图像后的单穗玉米果穗，使所述单穗玉米果穗滚落至第二传送带；

与所述斜坡导轨末端连接的第二传送带，用于将所述单穗玉米果穗运送至回收玉米果穗的地方。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述斜坡导轨的材质为海绵材质；

和/或，

所述第二传送带为水平方向传送带。

10.一种使用权利要求1-9中任一所述系统的玉米果穗穗部全息性状快速测量方法，其特征在于，包括：

获取图像采集装置采集的单穗玉米果穗的全方位图像；

将所述单穗玉米果穗的全方位图像进行拼合，根据所述全方位图像的视差进行三维空间坐标的计算，对所述单穗玉米果穗的空间分布情况信息进行还原，从而计算得到所述单穗玉米果穗的穗部全息性状参数。