CN106353293A - 基于led的多光谱成像种子检测装置 - Google Patents

基于led的多光谱成像种子检测装置 Download PDF

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王秀
孟志军
冯青春
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Abstract

本发明提供一种基于LED的多光谱成像种子检测装置。本发明的基于LED的多光谱成像种子检测装置包括：LED光源模块、多光谱成像模块和处理模块；多光谱成像模块包括彩色相机、至少一个第一滤光片、滤光片轮；滤光片轮包括转动轴和滤光片轮本体，第一滤光片设置在滤光片轮本体上，每个第一滤光片的中心波长不同，彩色相机位于滤光片轮本体的上方，且彩色相机与处理模块连接，滤光片轮本体沿转动轴转动以改变与彩色相机的摄像头对齐的第一滤光片；本实施例中的基于LED的多光谱成像种子检测装置，可以准确检测种子性能，且可以检测种子的多种性能。

Description

基于LED的多光谱成像种子检测装置
技术领域
本发明涉及种子检测技术，尤其涉及一种基于LED的多光谱成像种子检测装置。
背景技术
种子检测一般包括检测种子的净度、纯度、生活力、活力、成熟度和损伤等性能，通常采用常规的检测方法及特殊检测方法。常规检测方法包括发芽率测试(检测种子的生活力、活力、成熟度)，活力指数的测定(检测种子的生活力、活力)等。特殊检验方法包括空心测定(检测种子的净度)、种皮结构显微法(检测种子的损伤)等。但是上述常规的检测方法及特殊检测方法的检测过程复杂、费力、耗时、效率低、对样品有破坏性，不能满足现代农业快速发展的需要。
为了解决常规的检测方法及特殊检测方法的不足，采用光照法进行种子性能的检测逐渐发展起来，光照法是指当需要检测种子的某种性能时，采用特定波长的光激发种子产生荧光，然后分析荧光特性完成种子的性能检测，当需要检测其它性能时，改变光源的波长即可。
但是，现有技术中的光照法对应的种子检测装置，当检测种子的某种性能时，种子被一定波长的光激发产生不同的波长的荧光后，只能采集一种波长的荧光图像，无法采集多种波长的荧光图像，进而不能同时分析多种荧光信息来准确确定待检测的种子性能，且一个装置只能够检测种子的一种性能，不能检测种子的多种性能。
发明内容
本发明提供一种基于LED的多光谱成像种子检测装置，以克服现有技术中光照法对应的种子检测装置无法采集多种波长的荧光图像造成的不能同时分析多种荧光信息来准确确定待检测的种子性能，且不能检测种子的多种性能的技术问题。
本发明提供一种基于LED的多光谱成像种子检测装置，包括：LED光源模块、多光谱成像模块和处理模块；
所述多光谱成像模块包括彩色相机、至少一个第一滤光片、滤光片轮；所述滤光片轮包括转动轴和滤光片轮本体，所述第一滤光片设置在所述滤光片轮本体上，每个所述第一滤光片的中心波长不同，所述彩色相机位于所述滤光片轮本体的上方，且所述彩色相机与所述处理模块连接，所述滤光片轮本体沿所述转动轴转动以改变与所述彩色相机的摄像头对齐的第一滤光片；
所述LED光源模块，用于产生单色波长的光，以激发种子产生荧光，所述荧光通过其中一个第一滤光片照射到所述彩色相机；
所述彩色相机，用于采集种子被激发产生的荧光图像，并将所述荧光图像发送至所述处理模块；
所述处理模块，用于接收所述彩色相机发送的所述荧光图像，并对所述荧光图像进行处理，以得到所述种子检测的结果。
如上所述的装置，所述多光谱成像模块还包括相互连接的电机和电机驱动器；
所述电机和所述转动轴连接，用于带动所述转动轴转动；所述电机驱动器，用于驱动所述电机转动，以使所述电机带动所述转动轴转动。
如上所述的装置，所述装置还包括控制器；所述控制器分别与所述彩色相机、所述处理模块及所述电机驱动器连接；
其中，所述控制器用于控制所述彩色相机采集所述荧光图像的时间，以及发送控制信号至所述电机驱动器，使得所述电机驱动器控制所述电机的转动与停止。
所述LED光源模块，包括：恒流电源和至少一个LED光源；
各所述LED光源分别与所述恒流电源连接，每个所述LED光源的外壳上设置有散热器。
如上所述的装置，所述滤光片轮本体上设置有至少一个滤光片安装结构，所述第一滤光片设置在所述滤光片安装结构内。
如上所述的装置，所述装置还包括暗箱，所述LED光源、所述多光谱成像模块、所述控制器和所述处理模块设置在所述暗箱内。
如上所述的装置，所述暗箱还设置有可调节高度的载物台，所述种子放置在所述载物台上。
如上所述的装置，所述装置还设置有工作按钮，所述工作按钮与所述处理模块连接。
如上所述的装置，所述LED光源模块还包括第二滤光片，所述第二滤光片设置在所述LED光源的前方，用于对所述LED光源滤光，以使所述LED光源发出单色光。
本发明的基于LED的多光谱成像种子检测装置包括：LED光源模块、多光谱成像模块和处理模块；多光谱成像模块包括彩色相机、至少一个第一滤光片、滤光片轮；滤光片轮包括转动轴和滤光片轮本体，第一滤光片设置在滤光片轮本体上，每个第一滤光片的中心波长不同，彩色相机位于滤光片轮本体的上方，且彩色相机与处理模块连接，滤光片轮本体沿转动轴转动以改变与彩色相机的摄像头对齐的第一滤光片；LED光源模块，用于产生单色波长的光，以激发种子产生荧光，荧光通过其中一个第一滤光片照射到彩色相机；彩色相机，用于采集种子产生的荧光的图像，并将图像发送至处理模块；处理模块，用于接收彩色相机发送的图像，并对图像进行处理，以得到种子检测的结果。本实施例中的基于LED的多光谱成像种子检测装置，当检测种子的某种性能时，可以采集种子被激发的多种波长的荧光图像，以同时分析多种荧光信息，进而达到了准确检测种子性能的目的，且可以检测种子的多种性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的基于LED的多光谱成像种子检测装置结构示意图一；
图2为本发明提供的基于LED的多光谱成像种子检测装置结构示意图二；
图3为本发明提供的基于LED的多光谱成像种子检测装置结构示意图三。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明提供的基于LED的多光谱成像种子检测装置结构示意图一；图2为本发明提供的基于LED的多光谱成像种子检测装置结构示意图二；图3为本发明提供的基于LED的多光谱成像种子检测装置结构示意图三。
参见图1～图3，本实施例的基于LED的多光谱成像种子检测装置可以包括：LED光源模块11、多光谱成像模块12和处理模块13；
多光谱成像模块12包括彩色相机21、至少一个第一滤光片、滤光片轮22；滤光片轮22包括转动轴和滤光片轮本体23，第一滤光片设置在滤光片轮本体23上，每个第一滤光片的中心波长不同，彩色相机21位于滤光片轮本体23的上方，且彩色相机21与处理模块13连接，滤光片轮本体23沿转动轴转动以改变与彩色相机21的摄像头24对齐的第一滤光片；
LED光源模块11，用于产生单色波长的光，以激发种子产生荧光，荧光通过其中一个第一滤光片照射到彩色相机21；
彩色相机21，用于采集种子产生的荧光图像，并将荧光图像发送至处理模块；处理模块13，用于接收彩色相机发送的荧光图像，并对荧光图像进行处理，以得到种子检测的结果。
具体地，本实施例中的LED光源模块11包括恒流电源25和至少一个LED光源26；各LED光源26分别与恒流电源25连接，每个LED光源26的外壳上均设置有散热器。恒流电源25驱动LED光源26，并确保多个LED光源26的亮度一致；图3中为了清楚的表示各结构，没有画出LED光源模块与恒流电源之间的连接。优选地，LED光源26的个数为2个。比如，当测量种子的成熟度时，需要采用200W的LED灯，可以采用一个200W的LED的灯照射种子，也可以采用2个100W的LED灯照射种子。采用多个LED光源可以使得种子被照射到的面积较大，得到的荧光图像较完整，提高了检测种子相关性能的准确性。
另外，若LED光源26的单色性不良，带宽较宽时，LED光源模块还包括第二滤光片，第二滤光片设置在LED光源的前方，用于对LED光源26滤光，以使LED光源26发出单色光。其中，第二滤光片为窄带滤光片。
在实际的工作过程中，检测种子的不同性能时，需要不同波长的单色光照射种子，种子被激发后产生的荧光的个数和波长也不相同。例如，当需要检测种子的A、B、C性能时，首先需要选择检测A、B、C性能时所需要的激发光源的波长，以选择可以发出相应波长的LED光源；还需要根据检测A、B、C性能时，种子被激发产生的荧光对应的波长，来选择相应中心波长的第一滤光片，其中，第一滤光片为窄带滤光片。比如，检测A性能时，种子被激发后产生波长为a的荧光，检测B性能时，种子被激发后产生波长为b、c的荧光，检测C性能时，种子被激发后产生波长为d的荧光，那么就需要将中心波长分别为a、b、c、d的第一滤光片均匀放置在滤光片轮本体23上。其中，为了保证第一滤光片在滤光片轮本体23放置时位置固定，不会发生位置偏斜或者从滤光片轮本体23上掉落，滤光片轮本体23上设置有至少一个滤光片安装结构，第一滤光片设置在滤光片安装结构内。
当检测种子的A性能时，将选择的检测A性能需要的2个LED光源26安装至本实施例中的基于LED的多光谱成像种子检测装置中的相应位置，保证2个LED光源26的高度设置一致，并相对于种子对称设置，以分别从种子的两侧照射种子，具体参见图2；然后打开2个LED光源26使得LED光源发出单色光，照射种子，种子被激发，表面或内部的某种物质产生荧光效应，发出波长为a的荧光。转动滤光片轮本体23，使得种子被激发产生的荧光通过中心波长为a的第一滤光片，按动彩色相机21的拍照按钮，使得彩色相机21采集种子产生的种子荧光图像，并将荧光图像发送至处理模块13，处理模块13接收彩色相机发送的荧光图像，并对荧光图像进行处理，以得到种子A性能的检测结果。本领域技术人员可以理解的是，种子、彩色相机21的摄像头24和中心波长为a的第一滤光片是相互对齐的，以保证种子产生的荧光可以通过第一滤光片，并被彩色相机21的摄像头24捕捉拍摄种子荧光图像。其中，处理模块13优选为计算机。
当需要检测种子的B性能时，将LED光源26换成检测B性能所需的2个LED光源26，当种子被激发后，先转动滤光片轮本体23，使得种子被激发产生的波长为b荧光通过中心波长为b的第一滤光片，波长为b荧光对应的种子荧光图像被彩色相机21采集完后，将该种子荧光图像发送至处理模块13；再转动滤光片轮本体23，使得种子被激发产生的波长为c荧光通过中心波长为c的第一滤光片，使得波长为c荧光对应的种子荧光图像被彩色相机21采集，并将该种子荧光图像发送至处理模块13；处理模块13在接收完上述两张种子荧光图像后，对上述两张种子荧光图像进行处理，以得到种子B性能的检测结果。由此可知，本实施例中的基于LED的多光谱成像种子检测装置，当种子被一定波长照射下激发，产生多种波长的荧光时，只需转动滤光片轮，改变与彩色相机对齐的第一滤光片即可将种子被激发产生的不同波长的荧光图像进行采集，以同时分析多种荧光信息，来准确定种子的性能。
同理，当需要检测种子的C性能时，将LED光源26换成检测C性能所需的2个LED光源，当种子被激发后，先转动滤光片轮本体23，使得种子被激发产生的波长为d的荧光通过中心波长为d的第一滤光片，使得波长为d荧光对应的种子荧光图像被彩色相机21采集，并将荧光图像发送至处理模块13，处理模块13接收彩色相机发送的荧光图像，并对荧光图像进行处理，以得到种子C性能的检测结果。
本实施例中的彩色相机21可以采集不同波长的荧光图像，滤光片轮本体23可以放置多个不同中心波长的第一滤光片，从而实现了同一个种子检测装置可以检测种子的多种性能的目的。
具体地，本实施例中的基于LED的多光谱成像种子检测装置可以进行的检测包括：种子的成熟度检测、识别种子品种真伪、红色荧光蛋白种子的检测。但是本发明并不限于只检测上述三种性能，只要是检测该种子性能时，采用特定波长的光照射可以产生荧光，该性能就可以采用本实施例中的基于LED的多光谱成像种子检测装置。
另外，本实施例中并不限于只检测A、B、C三种种子的性能，在实际检测过程中，可以根据需要选择第一滤光片的种类和个数，本发明不作限制。
本实施例中的基于LED的多光谱成像种子检测装置可以包括：LED光源模块、多光谱成像模块和处理模块；多光谱成像模块包括彩色相机、至少一个第一滤光片、滤光片轮；滤光片轮包括转动轴和滤光片轮本体，第一滤光片设置在滤光片轮本体上，每个第一滤光片的中心波长不同，彩色相机位于滤光片轮本体的上方，且彩色相机与处理模块连接，滤光片轮本体沿转动轴转动以改变与彩色相机的摄像头对齐的第一滤光片；LED光源模块，用于产生单色波长的光，以激发种子产生荧光，荧光通过其中一个第一滤光片照射到彩色相机；彩色相机，用于采集种子产生的荧光图像，并将荧光图像发送至处理模块；处理模块，用于接收彩色相机发送的荧光图像，并对荧光图像进行处理，以得到种子检测的结果。本实施例中的基于LED的多光谱成像种子检测装置，当检测种子的某种性能时，可以采集种子被激发的多种波长的荧光图像，以同时分析多种荧光信息，进而达到了准确检测种子性能的目的，且可以检测种子的多种性能。
为了减少人为的控制，实现自动化检测种子的性能，本实施例在上一实施例的基础上作了进一步的该进，本实施例的基于LED的多光谱成像种子检测装置的多光谱成像模块还包括相互连接的电机27和电机驱动器28；电机27和转动轴连接，用于带动转动轴转动；电机驱动器28，用于驱动电机27转动，以使电机27带动转动轴转动；
本实施例的基于LED的多光谱成像种子检测装置，还包括控制器29；控制器29分别与彩色相机21、处理模块13及电机驱动器28连接；控制器29用于控制彩色相机21采集种子荧光图像的时间，以及发送控制信号至电机驱动器28，使得电机驱动器28控制电机27转动与停止；此外，本实施例的基于LED的多光谱成像种子检测装置还设置有工作按钮，工作按钮和处理模块13连接。
具体地，在本实施例中，彩色相机为彩色数字相机，具有响应外部触发信号工作的功能。
下面以检测种子的成熟度为例具体说明本实施例的基于LED的多光谱成像种子检测装置的工作过程。
当检测种子的成熟度时，选择发出光波长为660nm、带宽为10nm的200W的LED作为激发光源，滤光片轮上至少安装有中心波长分别为680nm和740nm、带宽均为10nm的第一滤光片，第一滤光片的透过率大于75％，截止深度大于OD5。
开始检测时，打开工作按钮，向处理模块13发送开始工作的信号，处理模块13的用户界面上调出程序选择菜单，从菜单中选择检测种子成熟度的应用程序对应的图标，以发送检测种子成熟度的命令至控制器29。控制器29接收处理模块13发送的检测种子成熟度命令，调用事先存储的检测种子成熟度的程序，向电机驱动器28发出控制信号，使电机驱动器28驱动电机27转动，进而带动滤光片轮22的转轴转动，转轴带动滤光片轮本体23转动，使得中心波长为680nm的第一滤光片与彩色数字相机的摄像头对齐。其中，检测种子成熟度的应用程序中设定电机27转动T1时间后，中心波长为680nm的第一滤光片与彩色数字相机的摄像头对齐，那么在控制器29向电机驱动器28发送使电机27转动的命令T1时间后，控制器29向电机驱动器28发送使电机27停止转动的命令，此时中心波长为680nm的第一滤光片与彩色数字相机的摄像头已对齐，接着控制器29向彩色数字相机发送采集种子荧光图像的命令，彩色数字相机采集种子荧光图像后，将种子荧光图像发送至处理模块13，处理模块13接收到680nm的荧光对应的种子荧光图像后，向控制器29发出第一反馈信号，控制器29收到第一反馈信号后，向电机驱动器28再次发送使电机27转动与停止的命令，使得中心波长为740nm的第一滤光片与彩色数字相机的摄像头对齐，中心波长为740nm的第一滤光片与彩色数字相机的摄像头对齐后，向彩色数字相机发送采集种子荧光图像的命令，彩色数字相机采集种子荧光图像后，将种子荧光图像发送至处理模块13，处理模块13接收到740nm的荧光对应的种子荧光图像后，向控制器29发出第二反馈信号，控制器29接收到第二反馈信号后，向电机驱动器28发出控制命令使滤光片轮22恢复到检测前的初始位置。
本领域技术人员可以理解的是，需要根据滤光片轮22检测前的初始位置(即检测前与彩色数字相机对齐的位置)及事先在控制器29内存储好的检测种子成熟度的控制程序中设定的需要电机27转动多长时间(电机27转动的角度需等于中心波长为680nm的第一滤光片与滤光片轮初始位置的角度)，使得中心波长为680nm的第一滤光片与彩色数字相机的摄像头对齐，及需要电机27再次转动多长时间，使得中心波长为740nm的第一滤光片与彩色数字相机的摄像头对齐，来决定中心波长为680nm的第一滤光片及中心波长为740nm的第一滤光片在滤光片轮本体23上的放置位置。比如，事先在控制器29内存储好的检测种子成熟度的控制程序中设定需要电机27转动T1时间后中心波长为680nm的第一滤光片与彩色数字相机的摄像头对齐，且T1乘以电机27的转速等于90度，也就是说电机27需转动90度，那么滤光片轮也会转动90度，此时，需要将中心波长为680nm的第一滤光片放置在与滤光片轮初始位置呈90度的位置；事先在控制器29内存储好的检测种子成熟度的控制程序中设定需要电机27再次转动T2时间后中心波长为740nm的第一滤光片与彩色数字相机的摄像头对齐，且T2乘以电机27的转速等于180度，也就是说电机27需要再转动180度，那么滤光片轮本体23也会再转动180度，此时，需要将中心波长为740nm的第一滤光片放置在与滤光片轮22初始位置呈270度的位置。当控制器29收到处理模块发送的第二反馈信号后，发送信号至电机驱动器28使电机驱动器28控制电机27反转270度，恢复到初始位置。
本领域技术人员应当明白，当需要检测种子的多种性能时，控制器中实现存储有相应的检测程序，此时各程序之间需要互不干扰，即各自需要电机转动的时间不相同，以使各性能检测所需要的第一滤光片放置在滤光片轮本体上不同的位置。
本领域技术人员可以理解的是，本实施例中也可以不包括工作按钮，但需要本实施例中的基于LED的多光谱成像种子检测装置工作时，直接打开处理模块的用户界面，输入相关工作指令即可。
本实施例中的基于LED的多光谱成像种子检测装置，可以实现自动化控制，使得检测种子性能的过程更加精确。
为了隔离外界光线和噪音的干扰，本实施例中的基于LED的多光谱成像种子检测装置还包括暗箱30，LED光源模块11、多光谱成像模块12、控制器29和处理模块13均设置在暗箱30内。暗箱30还设置有可调节高度的载物台31，种子放置在载物台31上。
此外，工作按钮可以设置在暗箱30上。
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各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种基于LED的多光谱成像种子检测装置，其特征在于，包括：LED光源模块、多光谱成像模块和处理模块；
所述多光谱成像模块包括彩色相机、至少一个第一滤光片、滤光片轮；所述滤光片轮包括转动轴和滤光片轮本体，所述第一滤光片设置在所述滤光片轮本体上，每个所述第一滤光片的中心波长不同，所述彩色相机位于所述滤光片轮本体的上方，且所述彩色相机与所述处理模块连接，所述滤光片轮本体沿所述转动轴转动以改变与所述彩色相机的摄像头对齐的第一滤光片；
所述LED光源模块，用于产生单色波长的光，以激发种子产生荧光，所述荧光通过其中一个第一滤光片照射到所述彩色相机；
所述彩色相机，用于采集种子被激发产生的荧光图像，并将所述荧光图像发送至所述处理模块；
所述处理模块，用于接收所述彩色相机发送的所述荧光图像，并对所述荧光图像进行处理，以得到种子检测的结果。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多光谱成像模块还包括相互连接的电机和电机驱动器；
所述电机和所述转动轴连接，用于带动所述转动轴转动；所述电机驱动器，用于驱动所述电机转动，以使所述电机带动所述转动轴转动。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括控制器；
所述控制器分别与所述彩色相机、所述处理模块及所述电机驱动器连接；
其中，所述控制器用于控制所述彩色相机采集所述荧光图像的时间，以及发送控制信号至所述电机驱动器，使得所述电机驱动器控制所述电机的转动与停止。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述LED光源模块，包括：恒流电源和至少一个LED光源；
各所述LED光源分别与所述恒流电源连接，每个所述LED光源的外壳上设置有散热器。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述滤光片轮本体上设置有至少一个滤光片安装结构，所述第一滤光片设置在所述滤光片安装结构内。
6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述装置还包括暗箱，所述LED光源、所述多光谱成像模块、所述控制器和所述处理模块设置在所述暗箱内。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述暗箱还设置有可调节高度的载物台，所述种子放置在所述载物台上。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还设置有工作按钮，所述工作按钮与所述处理模块连接。
9.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述LED光源模块还包括第二滤光片，所述第二滤光片设置在所述LED光源的前方，用于对所述LED光源滤光，以使所述LED光源发出单色光。
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