CN105806401A - 一种用于玉米果穗室内快速考种的三维图像检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于玉米果穗室内快速考种的三维图像检测系统，在可编程控制器的控制下，玉米果穗横向排序及传输机构将多层杂乱玉米果穗单层化、横向化后，传送至玉米果穗自由落体导流槽，玉米果穗自由落体导流槽使玉米果穗以自由落体的运动方式进入玉米果穗全景图像采集平台，经过光电开关检测后，可编程控制器经串口通讯触发计算机实现玉米果穗全景图像采集，并通过图像处理的方法对玉米果穗进行检测。本发明，将可编程控制器技术、机电传动技术、考种技术与图像处理技术相结合，实现玉米果穗全景图像采集，并通过图像处理的方法对玉米果穗进行检测，处理速度快，检测精度高，适用于对大量留种玉米果穗进一步室内考种的优选时使用。
Description
技术领域
本发明涉及三维图像检测技术领域，具体说是一种用于玉米果穗室内快速考种的三维图像检测系统。
背景技术
玉米是我国主要粮食作物之一，在食品、饲料等行业中备受关注。2010年全国玉米总产量1.8亿吨，随着经济社会发展和耕地面积的逐年萎缩，迫切需求玉米产量进一步提高。
玉米产量由于其品种、栽培条件、产量水平和自然气候的不同，影响产量的构成因素也有很大差异。通过玉米果穗室内考种，用以分析研究在不同条件下的合理产量结构，研究在高产条件下，争取穗大粒多粒重，是进一步促进高产再高产的途径。同时，在玉米育种过程中，从自交系的选育到配制杂交种等过程中也要长时间进行室内考种，以便对其经济性状取得数据，作为评定其优劣，决定取舍的依据。因此，玉米果穗室内考种对育种、提高玉米产量具有重要意义。
目前玉米果穗的室内考种主要采用传统的手工考种或者是半人工考种。
传统的手工考种是利用人工测量玉米果穗数据，缺点是：费时费力，容易带来人工误差，生产率低下并且人力成本投入大。
半人工考种为采用人工来完成玉米果穗的摆放，多数通过图像处理的方法来实现玉米果穗特征参数提取，检测完毕后由人工收集玉米果穗，缺点是：半人工，非全自动，检测效率受人工操作时间限制。
因此，一种快速的、高效的、免人工的玉米果穗室内考种设备是当前农业现代化发展的需要，同时也是对大量留种玉米果穗进一步优选的需要。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于玉米果穗室内快速考种的三维图像检测系统，将可编程控制器(PLC)技术、机电传动技术、考种技术与图像处理技术相结合，设计了一种三维图像检测系统，适用于对大量留种玉米果穗进一步室内考种的优选时使用，即优中选优时使用。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种用于玉米果穗室内快速考种的三维图像检测系统，其特征在于，包括：
可编程控制器5，
玉米果穗横向排序及传输机构1，在可编程控制器5的控制下，玉米果穗横向排序及传输机构1将多层杂乱玉米果穗单层化、横向化后，传送至玉米果穗自由落体导流槽2，
玉米果穗自由落体导流槽2使玉米果穗以自由落体的运动方式进入玉米果穗全景图像采集平台3，
玉米果穗全景图像采集平台3中设有与可编程控制器5相连的光电开关，
计算机4，经过光电开关检测后，可编程控制器5经串口通讯触发计算机4实现玉米果穗全景图像采集，并通过图像处理的方法对玉米果穗的穗长、穗粗、表面籽粒是否饱满及秃尖率四个参数进行检测，并以此参数作为该玉米果穗是否适合留种的判断依据。
在上述技术方案的基础上，所述可编程控制器5的型号为西门子CPU226CN。
在上述技术方案的基础上，玉米果穗横向排序及传输机构1包括：
主动滚筒9和从动滚筒12，其上设有传送带10，
电机6，通过同步带轮7、同步齿形带8驱动主动滚筒9转动，
传送带10靠近从动滚筒12的一端设有玉米果穗储料斗13，
玉米果穗储料斗13的下部设有出料口，
出料口处的传送带10上设有导流板11。
在上述技术方案的基础上，导流板11远离主动滚筒9的一端为大径端，靠近主动滚筒9的一端为小径端，大径端和大径端之间的变径部分的壁体折弯角度为145°。
在上述技术方案的基础上，主动滚筒9的水平高度高于从动滚筒12的水平高度，
传送带10与水平面夹角为9°～11°。
在上述技术方案的基础上，玉米果穗储料斗13包括：
外壳14，其上下表面设有开口，
外壳14的内部设有若干并排设置的倒V型槽15，
相邻的倒V型槽15之间的间隙，以及倒V型槽15和外壳14之间的间隙，构成玉米果穗出口通道16。
在上述技术方案的基础上，相邻的两个倒V型槽15的顶端相距18cm，
玉米果穗出口通道16的宽度为8cm。
在上述技术方案的基础上，玉米果穗自由落体导流槽2包括：
斜滑道18，其下端连接竖直滑道19的顶端，竖直滑道19的底端为出料口，
斜滑道18和竖直滑道19直径为10cm，两者夹角为45°。
在上述技术方案的基础上，玉米果穗全景图像采集平台3包括：
三台在同一水平高度上、等间隔均匀设置、呈圆形分布的工业高速相机22，相机的镜头均朝向圆心，
玉米果穗自由落体导流槽2的出料口位于圆心的正上方，
玉米果穗自由落体导流槽2的出料口处的旁侧设有一光电开关20，
三台工业高速相机22所在安装平面23的上方和下方分别设有四个光源21，光源21呈矩形分布，
光源21固定在矩形的图像采集平台壳体27上，
图像采集平台壳体27的底面居中设有玉米果穗出口26。
在上述技术方案的基础上，三台工业高速相机22的对焦位置24距离光电开关20的距离为10cm。
本发明所述的用于玉米果穗室内快速考种的三维图像检测系统，将可编程控制器(PLC)技术、机电传动技术、考种技术与图像处理技术相结合，实现玉米果穗全景图像采集，并通过图像处理的方法对玉米果穗的穗长、穗粗、表面籽粒是否饱满及秃尖率四个参数进行检测，处理速度快，检测精度高，适用于对大量留种玉米果穗进一步室内考种的优选时使用。
附图说明
本发明有如下附图：
图1玉米果穗室内快速考种三维图像检测系统结构框图，
图2玉米果穗横向排序及传输机构结构示意图，
图3玉米果穗储料斗结构示意图，
图4玉米果穗自由落体导流槽结构示意图，
图5玉米果穗全景图像采集平台结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明所述的用于玉米果穗室内快速考种的三维图像检测系统，包括：
可编程控制器5，
玉米果穗横向排序及传输机构1，在可编程控制器5的控制下，玉米果穗横向排序及传输机构1将多层杂乱玉米果穗单层化、横向化(沿传送带传送方向呈一字形)后，传送至玉米果穗自由落体导流槽2，
玉米果穗自由落体导流槽2使玉米果穗以自由落体的运动方式进入玉米果穗全景图像采集平台3，
玉米果穗全景图像采集平台3中设有与可编程控制器5相连的光电开关，
计算机4，经过光电开关检测后，可编程控制器5经串口通讯触发计算机4实现玉米果穗全景图像采集，并通过图像处理的方法对玉米果穗的穗长、穗粗、表面籽粒是否饱满及秃尖率四个参数进行检测，并以此参数作为该玉米果穗是否适合留种的判断依据。
玉米果穗通过人工或喂料设备添加(例如采用玉米果穗储料斗添加玉米果穗)，系统自动将玉米果穗排序后依次进入玉米果穗全景图像采集平台，由计算机采集玉米果穗全景图像并完成对玉米果穗考种的图像检测。
在上述技术方案的基础上，所述可编程控制器5的型号为西门子CPU226CN。
可编程控制器5的作用为：启停传送电机、检测自由落体中的玉米果穗、通过串口通讯触发计算机以采集玉米果穗全景图像，同时为检测后玉米果穗的进一步分拣预留接口。
在上述技术方案的基础上，如图2所示，玉米果穗横向排序及传输机构1包括：
主动滚筒9和从动滚筒12，其上设有传送带10，
电机6，通过同步带轮7、同步齿形带8驱动主动滚筒9转动，
传送带10靠近从动滚筒12的一端设有玉米果穗储料斗13，
玉米果穗储料斗13的下部设有出料口，
出料口处的传送带10上设有导流板11。
在玉米果穗储料斗13、导流板11和传送带10的作用下实现玉米果穗单个横向排序后进入玉米果穗自由落体导流槽2。其中：
导流板11远离主动滚筒9的一端(指其朝向玉米果穗储料斗13的一端)为大径端，靠近主动滚筒9的一端(指其朝向主动滚筒9的一端)为小径端，大径端和大径端之间的变径部分的壁体折弯角度为145°，导流板限制玉米果穗的运动方向，规范了玉米果穗的运动姿态，使玉米果穗按照一定顺序，呈一字形沿导流板向前运动。
在上述技术方案的基础上，主动滚筒9的水平高度高于从动滚筒12的水平高度，即：图2中左侧低，右侧高，
传送带10与水平面夹角为9°～11°，优选为10°。
在上述技术方案的基础上，如图3所示，玉米果穗储料斗13包括：
外壳14，其上下表面设有开口，
外壳14的内部设有若干并排设置的倒V型槽15，倒V型槽是指其尖部朝上、开口朝下，
相邻的倒V型槽15之间的间隙，以及倒V型槽15和外壳14之间的间隙，构成玉米果穗出口通道16。
图3所示实施例中，两个倒V型槽15焊接在壳体14上。
在上述技术方案的基础上，相邻的两个倒V型槽15的顶端(指尖部)相距18cm，这是因为留种玉米果穗的穗长一般在16cm以下，以保证玉米果穗在自重下能够掉落至玉米果穗出口通道16中，以免玉米果穗横向置于两倒V型槽15的顶端；
玉米果穗出口通道16的宽度为8cm，这是因为留种玉米果穗的直径一般在6cm以下，以保证玉米果穗顺利传送出。
在上述技术方案的基础上，如图4所示，玉米果穗自由落体导流槽2包括：
斜滑道18，其下端连接竖直滑道19的顶端，竖直滑道19的底端为出料口，
斜滑道18和竖直滑道19直径为10cm，两者夹角为45°。
玉米果穗几何形状不规则，在下落过程中可能会出现自转现象。玉米果穗自由落体导流槽设计成管状，限制了玉米果穗的自转。在拍照的瞬间，玉米果穗的几何轴线能够保持垂直向下。
在上述技术方案的基础上，如图5所示，玉米果穗全景图像采集平台3包括：
三台在同一水平高度上、等间隔均匀设置、呈圆形分布的工业高速相机22，相机的镜头均朝向圆心，
玉米果穗自由落体导流槽2的出料口位于圆心的正上方，出料口的轴线垂直于三台工业高速相机22所在平面且正对圆心，
玉米果穗自由落体导流槽2的出料口处的旁侧设有一光电开关20，光电开关20安装在玉米果穗的入口处(玉米果穗全景图像采集平台3内部)，由于刚离开竖直滑道的玉米果穗，姿态保持较好，通过光电开关触发相机，可以获得更准确的图像，
三台工业高速相机22所在安装平面23的上方和下方分别设有四个光源21，光源21呈矩形分布，
光源21固定在矩形的图像采集平台壳体27上，
图像采集平台壳体27的底面居中设有玉米果穗出口26。
玉米果穗经玉米果穗自由落体导流槽2转换后，以自由落体方式延竖直轴线25进入玉米果穗全景图像采集平台3中，被与可编程控制器5相连的光电开关20检测(下降沿触发)后，由可编程控制器5以串口通讯方式触发三台工业高速相机22对玉米果穗进行图像采集并进行相应的图像检测，最后玉米果穗经由玉米果穗出口26离开本平台。
在上述技术方案的基础上，三台工业高速相机22的对焦位置24距离光电开关20的距离为10cm，以保证三台工业相机22采集的图像为玉米果穗中心位置附近。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种用于玉米果穗室内快速考种的三维图像检测系统，其特征在于，包括：
可编程控制器(5)，
玉米果穗横向排序及传输机构(1)，在可编程控制器(5)的控制下，玉米果穗横向排序及传输机构(1)将多层杂乱玉米果穗单层化、横向化后，传送至玉米果穗自由落体导流槽(2)，
玉米果穗自由落体导流槽(2)使玉米果穗以自由落体的运动方式进入玉米果穗全景图像采集平台(3)，
玉米果穗全景图像采集平台(3)中设有与可编程控制器(5)相连的光电开关，
计算机(4)，经过光电开关检测后，可编程控制器(5)经串口通讯触发计算机(4)实现玉米果穗全景图像采集，并通过图像处理的方法对玉米果穗的穗长、穗粗、表面籽粒是否饱满及秃尖率四个参数进行检测，并以此参数作为该玉米果穗是否适合留种的判断依据。
2.如权利要求1所述的用于玉米果穗室内快速考种的三维图像检测系统，其特征在于：所述可编程控制器(5)的型号为西门子CPU226CN。
3.如权利要求1所述的用于玉米果穗室内快速考种的三维图像检测系统，其特征在于：玉米果穗横向排序及传输机构(1)包括：
主动滚筒(9)和从动滚筒(12)，其上设有传送带(10)，
电机(6)，通过同步带轮(7)、同步齿形带(8)驱动主动滚筒(9)转动，
传送带(10)靠近从动滚筒(12)的一端设有玉米果穗储料斗(13)，
玉米果穗储料斗(13)的下部设有出料口，
出料口处的传送带(10)上设有导流板(11)。
4.如权利要求3所述的用于玉米果穗室内快速考种的三维图像检测系统，其特征在于：导流板(11)远离主动滚筒(9)的一端为大径端，靠近主动滚筒(9)的一端为小径端，大径端和大径端之间的变径部分的壁体折弯角度为145°。
5.如权利要求3所述的用于玉米果穗室内快速考种的三维图像检测系统，其特征在于：主动滚筒(9)的水平高度高于从动滚筒(12)的水平高度，
传送带(10)与水平面夹角为9°～11°。
6.如权利要求3所述的用于玉米果穗室内快速考种的三维图像检测系统，其特征在于：玉米果穗储料斗(13)包括：
外壳(14)，其上下表面设有开口，
外壳(14)的内部设有若干并排设置的倒V型槽(15)，
相邻的倒V型槽(15)之间的间隙，以及倒V型槽(15)和外壳(14)之间的间隙，构成玉米果穗出口通道(16)。
7.如权利要求6所述的用于玉米果穗室内快速考种的三维图像检测系统，其特征在于：相邻的两个倒V型槽(15)的顶端相距18cm，
玉米果穗出口通道(16)的宽度为8cm。
8.如权利要求1所述的用于玉米果穗室内快速考种的三维图像检测系统，其特征在于：玉米果穗自由落体导流槽(2)包括：
斜滑道(18)，其下端连接竖直滑道(19)的顶端，竖直滑道(19)的底端为出料口，
斜滑道(18)和竖直滑道(19)直径为10cm，两者夹角为45°。
9.如权利要求1所述的用于玉米果穗室内快速考种的三维图像检测系统，其特征在于：玉米果穗全景图像采集平台(3)包括：
三台在同一水平高度上、等间隔均匀设置、呈圆形分布的工业高速相机(22)，相机的镜头均朝向圆心，
玉米果穗自由落体导流槽(2)的出料口位于圆心的正上方，
玉米果穗自由落体导流槽(2)的出料口处的旁侧设有一光电开关(20)，
三台工业高速相机(22)所在安装平面(23)的上方和下方分别设有四个光源(21)，光源(21)呈矩形分布，
光源(21)固定在矩形的图像采集平台壳体(27)上，
图像采集平台壳体(27)的底面居中设有玉米果穗出口(26)。
10.如权利要求9所述的用于玉米果穗室内快速考种的三维图像检测系统，其特征在于：三台工业高速相机(22)的对焦位置(24)距离光电开关(20)的距离为10cm。
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